105274 (Определение и обоснование видов и режимов структурной обработки сплава Cu+2,3%Be), страница 4
Описание файла
Документ из архива "Определение и обоснование видов и режимов структурной обработки сплава Cu+2,3%Be", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "металлургия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "металлургия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "105274"
Текст 4 страницы из документа "105274"
Гетерогенизационный отжиг
При нагреве в сплаве идет реакция . Относительно количество фазы, которая полностью переходит в твердый раствор при нагреве и выделяется при обратном медленном охлаждении (по реакции ), обычно не превышает 10 -15 % от всего объема сплава. Для данного сплава возможна частичная перекристаллизация избыточной фазы. В начале изотермической выдержки частично растворяется избыточная фаза и увеличивается концентрация растворенного компонента. Т.о. идут два процесса:
1) процесс концентрационного перераспределения Ве между фазами и ;
2) процесс перестройки решетки Ве в решетку Сu.
Процесс идет путем образования и роста зародышей фазы . Эти зародыши возникают только гетерогенным путем на межфазной поверхности раздела. При росте зародышей - фазы - фаза уничтожается. После первой стадии превращения концентрация раствора неоднородна, поэтому идет гомогенизация твердого раствора . Возможна третья стадия — собирательная рекристаллизация.
В процессе охлаждения протекают аналогичные процессы:
1. Диффузионное перераспределение Ве между фазами.
2. Перестройка решетки фазы в .
В зависимости от степени переохлаждения определяется зарождение зародышей (малое переохлаждение - гетерогенное зарождение по границам зерен, большое - зарождение на вакансиях и т.д.). При достаточно длительной выдержке твердый раствор оказывается насыщенным Ве, согласно линии ограниченной растворимости. Сплав остается гетерофазным при нагреве и охлаждении. Данный отжиг оказывает влияние на микроструктуру и тонкую структуру.
Данная СО применяется как смягчающая обработка для деформированных полуфабрикатов, для повышения технологической пластичности, для повышения коррозионной стойкости .
Отжиг с фазовой перекристаллизацией.
С эвтектоидным превращением.
Эвтектоидная реакция представляет собой сложную фазовую реакцию,
состоящую обычно из двух элементарных:
1. полиморфное превращение;
2. растворение- выделение.
Данная СО слабо изучена в системе Сu - Ве. Превращение при нагреве развивается по диффузионному механизму, причем наиболее выражена диффузия Ве, т.к.:
1. Необходимость диффузии Ве обусловлена необходимостью перераспределения концентраций Ве между фазами и образованием твердого раствора.
2. Только насыщение до равновесного содержания в ней Ве обуславливает термодинамическую стабильность ниже Тэвт для чистого компонента.
Значение диффузии атомов Сu выражено в меньшей степени, т.к. изменение концентрации атомов Сu в ходе этого превращения не требуется или требуется очень мало. Данное превращение является многостадийным:
1. Образование зародышей на межфазной границе и .
2. Рост -фазы в направлении одновременно обоих фаз. Он заканчивается полным превращением .
3. Растворение в .
В процессе этих реакций происходит две перестройки кристаллической решетки и . После завершения ФП начинаются пост фазовые СП. Поэтому продолжение процесса выглядит так:
4. Гомогенизация (выравнивание содержания Ве в - фазе).
5. Рост зерна- или собирательная рекристаллизация зерен-.
Т.к. процесс включает полиморфное превращение, а удельные объемы и различны ( Vуд.= Vуд. ), то в ходе превращения при нагреве может наблюдаться явление фазового наклепа, т.е. пластическая деформация образовавшейся фазы .
При охлаждении:
1. Получаем однородные кристаллы твердого раствора, гетерофазного.
2. Структура с однородным по объему содержанием Ве двух получившихся фаз имеет резко различное содержание Ве.
3. Происходит изменение кристаллической решетки. Т.о. превращение при охлаждении включает:
-
полиморфное;
-
выделение;
-
диффузия Ве.
При выделении из появление зародышей начинается на границе. Размер конечного зерна зависит от размера исходного зерна. Структура меняется на уровне микроструктуры, тонкой и атомно-кристаллической структур. Т.о. после медленного охлаждения получают -зерна не благоприятные к глубокой вытяжке. Т.е. сплав теряет свою пластичность. Это явление можно устранить путем довольно быстрого охлаждения. Скорее всего, именно из-за образования такой структуры этот вид отжига не получил широкого применения. Данная СО может применяться для устранения пороков структуры, возникших при предыдущей обработке ( литье, горячая деформация, сварка); смягчение сплава перед последующей операцией ( резание) и уменьшения напряжений, если данная структура является конечной.
Закалка.
Особенночтью полной закалки в данном сплаве является то, что идет и ФП в процессе охлаждения по бездиффузионному механизму (если скорости не настолько велики чтобы проскочить его), и изменяется термодинамическая стабильность твердого раствора ( из термодинамически стабильного при температуре нагрева превращения в состояние метастабильное в процессе охлаждения). Метастабильность закаленного твердого раствора определяется степенью его пересыщения относительно, равновесной концентрации. Т.о. при нагреве довольно быстро происходит растворения - фазы и при довольном быстром охлаждении получается структура с малым содержанием - фазы. СП при данной закалке происходят на уровне тонкой структуры т.к. атомы Ве замещают атомы Cu в твердом растворе. Из-за избытка упругой энергии, возникают остаточные напряжения. Т.о. при закалке повышается концентрация точечных дефектов.
Основное назначение закалки - подготовка сплава к старению. Часто данную закалку используют как промежуточную смягчающую операцию перед холодной деформацией (НТМО или МТО). Иногда закалка служит окончательной термообработкой для придания изделию необходимого комплекса свойств.
Старение.
В закаленном сплаве пересыщенный - раствор содержит избыток растворенного компонента Ве. Закаленный сплав стремится прийти в более стабильное состояние, выделяя избыток растворенного компонента в виде второй фазы. Однако, т.к. данный сплав после закалки на пересыщенный твердый раствор имеет гетерофазное состояние, то старение занимает только часть объема. Что уменьшает получаемый эффект. В данном сплаве диффузионная подвижность при комнатной температуре низкая, поэтому естественного старения не происходит. Старение в общем случае протекает в несколько стадий:
1. Образование зон Гинье-Престона ( участков твердого раствора с резко повышенной концентрацией Ве).
2. Выделение метастабильной фазы ( т.к. в данном случае меньше работа образования критического зародыша).
3. Переход в стабильное состояние метастабильной - фазы ( образование стабильной - фазы сопровождается растворением метастабильной -фазы).
Дисперсные выделения склоны к укрупнению, при котором мелкие частицы исчезают, а крупные вырастают( т.е. к коагуляции), что приводит к уменьшению суммарной межфазной энергии [5]. Т.о. данная СО влияет на микроструктуру и тонкую структуру.
Данная обработка предназначена для увеличения прочностных свойств сплава. С увеличением времени старения (когда начинается переход в стабильное состояние и коагуляция -фазы) происходит перестаривание сплава (разупрочнение).
ВТМО, НТМО сплава, закаленного на пересыщенный твердый раствор.
Сущность ВТМО состоит в том, что после горячей деформации и закалки получается пересыщенный твердый раствор с перекристаллизованной структурой, т.е. с повышенной плотностью несовершенств (границ субзерен, свободных дислокаций). В результате последующего старения сплава с такой структурой возникают повышенные механические свойства. В большинстве случаев оптимальным является выполнение минимум трех условий:
1. Получение к концу горячей деформации перекристаллизованную структуру;
2. Предотвращение возможной рекристаллизации после окончания деформации;
3. Достижение необходимой для старения степени пересыщенности твердого раствора [5].
Данная обработка влияет на микроструктуру, тонкую структуру.
Данная обработка достаточно сильно упрочняет сплав не снижая при этом пластичности [6].
Упрочнение при НТМО вызвано двумя причинами:
1. Холодная деформация создает наклеп, и последующее дисперсионное твердение начинается от более высокого уровня твердости сплава;
2. Холодная деформация увеличивает эффект дисперсионного твердения. При нагреве под старение после холодной деформации рекристаллизация, как правило, не протекает, а развиваются процессы отдыха и полигонизации, несколько уменьшающие упрочнение при НТМО. Следует иметь в виду взаимное влияние этих процессов и распада раствора: выделение тормозят полигонизацию, а полигонизация, если она успела пройти, изменяет плотность и характер распределений [5]. Данная СО влияет на микроструктуру, тонкую структуру.
Механико-термическая обработка
При нагреве до достаточно высоких температур, после холодной деформации наблюдается полигонизация, которая обеспечивает упрочнение и понижения пластичности в сплаве при данной обработке. Полигонизацией называют образование разделенных малоугловыми границами субзерен. При нагреве дислокации перераспределяются и выстраиваются в стенки одна над другой. При этом под областью разрежения от одной дислокации оказывается область сгущения от другой дислокации, и поля напряжений соседней дислокаций в значительной мере взаимно компенсируются. Дислокационные стенки — мало угловые границы образуются в результате сочетания процессов скольжения и переползания дислокаций. Скорость переползания, являющегося по-своему механизму диффузионным, т.е. наиболее медленным процессом, контролирует скорость образования мало угловых границ. В результате полигонизации вытянутые зерна, окруженные высокоугловыми границами оказываются состоящими из более или менее равноосных, размером в несколько микрометров, субзерен, раздельных малоугловыми границами. В объеме субзерен плотность дислокаций очень низкая. Данная СО влияет на тонкую структуру сплава.
Данная СО упрочняет сплав [3].
Химико-термическая обработка.
Для изменения химического состава изделие нагревают в активной среде. Во время выдержки изделия диффузионно обогащается элементами из внешний среды. Можно выделить три одновременно идущих процесса, обеспечивающих обогащение изделия из внешней среды.
Первый процесс образование химического элемента в активном атомарном состоянии. В отдельных случаях, например, при поступлении атомов металла непосредственно из расплава. Эта стадия отсутствует.
Второй процесс — адсорбция атомов поверхностью изделия. Адсорбционный процесс может включать простую физическую адсорбцию и одновременно химическую адсорбцию. Адсорбция всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению энергии Гибсса.
Третий процесс при химико-термической обработке — диффузия адсорбированных атомов от поверхности в глубь изделия. Адсорбция протекает очень медленно [5]. Данная СО влияет на микроструктуру и тонкую структуру.
Данная СО упрочняет поверхностный слой изделия из данного сплава [6].
3. Выводы.
1. В данной курсовой работе были рассмотрены и обоснованны основные виды и режимы структурных обработок для сплава Cu + 2,3 % Ве. При этом опирались на предварительный анализ данного сплава и на диаграмму состояния сплава. Затем были определены параметры режимов СО по классам назначенных видов СО, построены схемы-графики режимов назначенных видов СО. и проанализирован фазовый состав и структурные превращения при конкретных СО.
2. В результате работы определили возможность применения таких видов СО:
-
гомогенизирующий отжиг;
-
рекристаллизационный отжиг;
-
гетерогенизационный отжиг;
-
отжиг с фазовой перекристаллизацией;
-
закалку на мартенсит;
-
отпуск;
-
закалку на пересыщенный твердый раствор;
-
старение;
-
ВТМО и НТМО;
-
механико-термическую;
-
химико-термическую обработку.
3. Применение гомогенизирующего отжига позволит устранить последствия дендритной ликвации. Рекристаллизационный отжиг снимет наклеп и повысит пластичность. Гетерогенизационный отжиг улучшит деформируемость слитков, повысит коррозионную стойкость. Отжиг с фазовой перекристаллизацией является разупрочняющей обработкой. Любая закалка увеличивает пластичность и уменьшит прочность. ВТМО является обработкой наиболее упрочняющей данный сплав. НТМО также достаточно сильно повышает прочностные свойства при этом довольно резко упадет пластичность Механико-термическая обработка также упрочняет данный сплав. Химико-термическую обработку можно использовать для изменения химического состава и структуры на поверхностном слое а иногда и по всему сечению изделия.
4. В настоящее время для сплавов системы Cu-Be применяют чаще всего отжиги для разупрочнения, а дисперсионное твердение для упрочнения. В данной курсовой работе доказано, что данные СО наиболее сильно влияют на структуру и механические свойства сплава Cu+2,3 % Be. Но, несмотря, на это необходимо дальнейшее развитие других более сложных видов СО.
Перечень ссылок.
-
Берман С.И. Меднобериллиевые сплавы. — М.: Металлургия, 1966.
-
Абрикосов Н.Х. Исследование системы медь-бериллий. — М.,1952,т.XXI.
-
Блантер М.Е. Теория термической обработки. — М.: Металлургия, 1984.
-
Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение термообработка и рентгенография. — М.: “ МИССИС ”, 1994.
-
Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. — М.: Металлургия, 1986.
-
Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы. — М.: Металлургия, 1981.
-
Колачев Е.В. Термическая обработка цветных сплавов. — М.,1999.
-
Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка. — М.: Металлургия, 1976.