lekcii (Лекции), страница 8

Влияниегорячей деформации на структуру и свойства металлов исплавов.отжиг и его назначение. Влияниегорячей деформации на структуру иРекристаллизационный отжиг имеет важное практическоесвойстваПозволяет «стирать»,сплавов. предыдущихприменение.металлов и устранять следы.механических (наклѐп, текстура) и термических воздействий наВлияниегорячей деформации наструктуру металла и восстанавливать свойства металла.

При этомнеправильной обработкой. Возможна «вторая жизнь» металла.структуру и свойства металлов иустраняются различные дефекты структуры (крупное зерно,сплавов.деформированное неравноосное), вызванные предыдущей, в т.ч.Собирательнаярекристаллизация–укрупнение зерен в ходе выдержки при нагревепосле завершения первичной перекристаллизации.Движущейсилойростаявляетсяснижениеповерхностной энергии зерен.Рост зерен происходит в результате перехода атомовменьшего зерна к большему через границу зерен. Чемвыше температура тем быстрее процесс.Процесстормозится,когдазернастановятсямногогранниками, с плоскими гранями, с углами в 120°.Существует явление аномального роста зерна, котороенаблюдается при критической степени деформации.При критической деформации, рис. 4.15.

которая5.5составляет 3-5%, ячеистая субструктура еще несформирована,препятствиядляростазернаотсутствуют. Движущей силой процесса аномальногороста является снижение поверхностной энергии зерен.5.5Вторичная рекристаллизациянаблюдается привысоких температурах нагрева, > 0,7Тпл. При ВРпроисходит неравномерный рост зерен, формируетсяконгломерат зерен гигантов и карликов. Механическиесвойства металлов с такой структурой резко снижены.На процессы рекристаллизации влияет скорость нагрева.При скоростях, характерных для нагрева в обычныхтермических печах 10-20°С/сек., все происходит, какописано.При скоростном нагреве ≈ 1000°С/сек., число зародышейрекристаллизации растет, а времени на рост недостаточно.В результате получаем мелкозернистую структуру, соптимальным комплексом механических свойств металла.Таким образом размер зерен и комплекс свойств зависятот:- степени предшествующей деформации;- температуры рекристаллизации;- времени рекристаллизации.Факторы перечислены по степени влияния.Зависимость размера зерна показывают на диаграммахрекристаллизации, рис.

4.15 б).5.5Текстурарекристаллизации–предпочтительнаякристал-лографическая ориентация зерен.Обычноструктурарекристаллизованногометалларавноосна и не повторяет исходную. Но при определенныхусловиях, (состав сплава, характер деформирования,природа и количество примесей, технология) наблюдаетсянаследование исходной текстуры.

Это имеет значение дляспециальных сплавов с особыми физическими свойствами,например электротехническими, для трансформаторов и др.Рекристаллизация в многофазных сплавах – болеесложный процесс.Необходимо учитывать различия всвойствах каждой фазы, характер структуры и объемныесоотношения фаз.Особо важны размер частиц ll фазы и расстояние междуними. Чем мельче частицы и ближе расположены, темтруднее движение границы рекристализованных зерен.Температурарекристаллизациивыше,времяувеличивается, рис.4.16.5.65.6Величина зерна для промышленных сплавов нормируется всоответствующей технической документации. Величинузерна измеряют в баллах, сравнивая со стандартными.Например для сплавов железо-углерод (легированнаяконструкционная сталь) зерно крупнее 6 балла ограниченок применению, ГОСТ 4543-71 и другие.Металлы с ультрамелким зерном ≈ 0,5 мкм, проявляютспецифические свойства, например, сверхпластичность,- способность достигать рекордных величин пластичности.Сверхпластичность реализуется при низких скоростяхдеформирования ≈ 10-5 с-1 и достигает 103%.Основная роль в механизме сверхпластичности отводитсязернограничному скольжению, кроме которого вкладдают направленный диффузионный перенос атомов иобычное скольжение дислокаций внутри зерен.Для осуществления режима сверхпластичности необходимоне допускать ростазерна в течение временидеформирования (~10 мин) при Т > 0,5 Тпл.Сверхпластичное состояние применяется для получениядеталей сложной формы.1.Назовите процессы, протекающие при нагреве деформированногоматериала?2.

При исследовании микроструктуры обнаруживаются изменения настадии …(отдыха, полигонизации, рекристаллизации)?3. Что называется полигонизацией? Какие процессы происходят приполигонизации?4. Что называется отдыхом? Какие процессы происходят при отдыхе?5. В чѐм отличие первичной и собирательной рекристаллизации.Какая из них приводит к снижению пластичности?6.

Как изменяется форма и размер зѐрен металла в ходерекристаллизации? Как это влияет на прочность и пластичностьметалла?7. Нарисуйте характерную структуру поликристаллическогонаклѐпанного метала, соответствующую собирательнойрекристаллизации. Опишите его прочность и пластичность.8. Запишите формулу для определения температуры первичнойрекристаллизации чистого однокомпонентного металла.

От какихфакторов она зависит?9.Что называется вторичной рекристаллизацией? Какие условия еѐпротекания?10. Какие меры применяют для ограничения величины зерна впромышленных сплавах? Какие документы по этому вопросу вызнаете?11. Какие меры применяют для ограничения величины зерна впромышленных сплавах? Какие документы по этому вопросу вызнаете?12. Что такое сверхпластичность металла? При каких условиях онавозможна? Где она применяется?13. Как влияют частицы второй фазы на рекристаллизацию сплава?Как это используется на практике?ЛЕКЦИЯ 6Диаграммы состояния иметоды их построенияУчебные вопросы1.

Диаграммы состояния, методы построения.Правила фаз, концентраций и количества фаз (отрезков)2. Диаграммы состояния с неограниченной и ограниченнойрастворимостью компонентов в твѐрдом состояниях.3. Диаграммы состояния с промежуточной фазой.4. Диаграмма с эвтектоидным превращением "железоцементит", ее фазовый и структурный анализ.5. Превращения в сталях при охлаждении.Основная литература1.«Матераловедение». Под ред. Арзамасова Б. Н., Мухина Г.

Г.стр. 90-110.2. «Материаловедение». Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П.1. Диаграммы состояния, методы построения. Фазы иструктурные составляющиеРанее давалось определение фазы.Фаза – однородная по хим. составу, строению исвойствам часть сплава, имеет границу раздела.Свойства сплава определяются составом фаз и ихколичественным соотношением.Диаграмма состояния – графическоеизображение фазового состава в зависимостиот температуры и содержания компонентов.ДС содержат важную физико-химическую информацию освойствах сплава.Любое изменение фазового состава сплава сопровождаетсяизменением физических свойств, что фиксируетсяопределѐнными методами.Например, измерение длины образца из чистого железа,рис.6.1.

позволяет установить факт фазового превращения притемпературах 911 и 1392 град. С. Эти температурысоответствуют аллотропическим превращения Fe ОЦК в ГЦК ивновь в ОЦК решѐтки.Для экспериментального построения ДС необходимо изготовитьсерию сплавов с различным содержанием компонентов А и В.Для каждого сплава экспериментально определяют критическиеточки, т. е.

температуры фазовых превращений.Полученные критические точки откладывают на вертикальных линиях, соответствующих различным соотношениям компонентов А и В.Соединяя критические точки, получают ДС, рис. 6.2.Рис.5.7Рис.6.1Рис.5.8Рис.6.2Линия ликвидус – геометрическое место всех точек, определяющихтемпературу начала кристаллизации.Линия солидус - геометрическое место всех точек, определяющихтемпературу конца кристаллизации.Линии на ДС разделяют области с различным фазовым составом.Положение линий определяют в равновесных условиях, т. е. примедленном охлаждении (нагреве).2. Правила фаз, концентраций и количества фаз (отрезков)При постоянном давлении из термодинамики следует правило фазС= К-Ф+1где К- число компонентов в системе; Ф- число фаз; С- степень свободы.Степень свободы- число независимых переменных, внутренних (состав фаз) и внешних (температура, давление), которые можно изменятьне меняя числа фаз, находящихся в равновесии.Из правила фаз следует, что в 2-х компонентной системе при постоянном давлении число фаз не может более 3-хФ = К+1-С = 3 при С = 0.Правило концентраций.

Химический состав твѐрдой фазы по мереснижения температуры изменяется по линии солидус от хе до хс,рис.6.3.Химический состав жидкой фазы по мере снижения температурыизменяется по линии ликвидус от хс до хf, рис.6.3.Для определения концентрациикомпонентов в фазах через точку, характеризующую состояние сплавапроводятгоризонтальную линию(коноду) до пересечения с линиями,ограничивающими данную область.Проекцииточек пересечения (а, b) нагоризонтальную осьДС покажут сос-тавы фаз ха и хb.Отрезки ас и bс обратно пропорцио- нальныколичествам фазЖа /Тв = bс /асрис.6.33. Диаграммы состояния с неограниченной растворимостьюкомпонентов в жидком и твѐрдом состоянияхПростейшая ДС, состоит из 2-х линий ликвидус и солидус, рис.

6.3.Все сплавы затвердевают в интервале температур, С =1. Такие ДСимеют Ni-Cu; Ag-Au; Mo-V; Mo-W и др.При охлаждении сплав состава I, достигнув линии ликвидуса, выделяет кристаллы состава хb.При дальнейшем охлаждении состав жидкости изменяется по кривойликвидуса, а состав твѐрдой фазы – по кривой солидуса, в соответствии с правилом концентраций.В момент завершения кристаллизации состав твѐрдой фазы соответствует хс, а жидкой хf .Количество твѐрдой и жидкой фазы можно определить согласноправила отрезков.Дальнейшее охлаждение не вызывает фазовых превращений.3.

Диаграммы состояния с ограниченнойрастворимостью компонентов в твѐрдой фазе.Назовѐм линии ликвидус и солидус. Для сплава состава Iкристаллизация идѐт по схеме, рис. 6.4/Ж/-/Ж+α/-/α/-/α+βII/,βII – вторичные кристаллы β- фазы.Химический состав и количественное соотношение фаз определим поправилу концентраций и отрезков.Рис.6.4.Сплав III кристаллизуется с одновременным выделением двух твѐрдых фаз – твѐрдого раствора α состава точки Е и твѐрдого раствора βсостава точки F, ЖС ↔ αЕ + βF .Образующаяся тонкодисперснаямеханическая смесь двух фаз называется эвтектикой.Степень свободы в этом случае С=К+1-Ф=2+1-3=0.Эвтектика состоит из двух фаз постоянного состава, но читается вмикроскопе одной структурной составляющей.

Соотношение фаз вэвтектике постоянно, по правилу отрезковαЕ / βF =СF/СЕСплав доэвтектического состава II кристаллизуется по схеме/Ж/- /Ж+α/- /α+(α+β)+βII/.Заэвтектический сплав IV кристаллизуется по схеме/Ж/- /Ж+ β /- /(α+β)+β/.Сплав V кристаллизуется по схеме/Ж/- /Ж+ β /- /β/.Схемы микроструктуры характерных сплавовРис.6.5. Слева направо сплавы с эвтектикой составов I, II, III, IV.Рис. Микроструктураперитектического сплава.Полиморфные превращения компонентов иэвтектоидное превращениеДС представлена на рис.6.8 и напоминаеткомбинацию ДС I и II типов.Кристаллизация сплавов при любомсоотношении компонентов приводитк образованию твѐрдого раствора γ ,который при дальнейшемохлаждении испытывает превращениеγС→αЕ +βF ,которое называется эвтектоидным.Отличие эвтектического превращенияот эвтектоидного: при эвтектическом превращениираспадается жидкая фаза, в эвтектоидном – твѐрдая.Рис.6.84.Диаграмма железо-углеродПрактическое значение имеет левыйугол диаграммы Fe-C, ограниченныйсодержанием углерода 6,67% по массе,чтосоответствуетхимическомусоединению Fe3C, рис.6.9.Сплавы Fe-C содержащие углерода неболее 2,14 % называются стали,более 2,14% - чугуны.Рис.6.9Компоненты и фазы в сплаве Fe-CЧистое железо имеет Тпл = 1539 град.

С. В интервале 1539-1392град.С существует высокотемпературное Fe , имеющее ОЦК решѐткус периодом 0,286нм.В интервале 1392-911 град. - Feγ , ГЦК решѐтка с периодом 0,364нм.Ниже 911 град. низкотемпературное Feα .Ниже 768 град. Feα ферромагнитно.Углерод при практических температурах и давлении стабилен в формеграфита.ФАЗЫФеррит (Ф)- твѐрдый раствор внедрения углерода в α- Fe. Различаютвысокотемпературный и низкотемпературный феррит.Растворимость углерода в Ф низкая- н/б 0,02% в низкотемпературноми н/б 0,1% в высокотемпературном, что вызвано строением ОЦКрешѐтки.Ф пластичен, имеет низкие твѐрдость (100)НВ и прочность.Аустенит (А)– твѐрдый раствор внедрения углерода в γ –Fe с ГЦКрешѐткой, межатомные поры которой позволяют поместить 2,14% С.Аустенит пластичен (166-200)НВ, но прочнее Ф.Цементит (Ц) – карбид железа, Fe3С, содержит 6,69% С, имеетсложную ромбическую решѐтку.При нормальных условиях Ц твѐрдый (800)НВ и хрупкий.