Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Упрочнение при старении обеспечивается дисперснымичастицами -фазы (NiAl) и β-фазы (NiAl2). Куниали отличаютсявысокими механическими и упругими свойствами, коррозионнойстойкостью, при понижении температуры растет не только прочность, но и пластичность этих сплавов.Кроме того, существуют медно-никелевые сплавы, упрочняемые вследствие спинодального распада, например сплавы системы Cu — Ni — Cr. Cпинодальный распад в двойных сплавах иллюстрирует рис.

6.10. Однородный при высоких температурах αтвердый раствор при охлаждении распадается на два твердых раствора α1 и α2 с одинаковой кристаллической решеткой, но разнымхимическим составом. Расслоение Cu — Ni — Cr сплавов приводит к их существенному упрочнению.К электротехническим медно-никелевым сплавам относятсяконстантан (Сu — 40 % Ni — 2 % Mn) и манганин (Cu — 3 % Ni —12 % Mn). Константан имеет высокое электросопротивление и почти нулевой термический коэффициент электросопротивления; егоиспользуют для изготовления резисторов. Манганин характеризуется сочетанием низкого термического коэффициента электросопротивления с очень малой термоэлектродвижущей силой (термо-ЭДС)в паре с медью, что обусловливает его широкое применение в электроизмерительных приборах.Порядок выполнения1. С помощью металлографического микроскопа изучить микроструктуры сплавов на основе Cu.

Название сплава, его структурус указанием структурных составляющих и увеличения микроскопа,условия формирования структуры и ее твердость занести в табл. 6.1.Таблица 6.1№ образцаСтруктура медных сплавовМикроструктура,С.С. и увеличениеНазвание сплава,описаниеструктурыФ.С.и составэтихфазУсловия формирования структурыНВ1032. Пользуясь диаграммами состояния, установить фазовый состав сплавов и состав фаз, находящихся в равновесии в сплаве.Содержание отчета1. Цель работы.2. Краткая теоретическая часть.3. Результаты работы, представленные в виде табл. 6.1.4.

Выводы о влиянии состава и обработки на структуру и свойства латуней и бронз.Контрольные вопросы1. Каково кристаллическое строение и свойства Cu?2. Как легирующие элементы и примеси влияют на фазовый состав исвойства меди?3. Опишите влияние свинца и висмута на структуру и свойства медных сплавов.4. Опишите влияние кислорода и серы на структуру и свойства медных сплавов.5. Опишите фазы Юм-Розери в медных сплавах.6. Как содержание цинка в латуни влияет на ее структуру и свойства?7.

Опишите структуру α- и α+β-латуней в литом и отожженном состояниях.8. В чем причина возникновения «водородной болезни» медныхсплавов?9. В чем причина возникновения коррозионного растрескивания латуней?10. Опишите особенности структуры и свойства оловянных, алюминиевых, бериллиевых, свинцовых бронз, а также медно-никелевых сплавов.11. Опишите влияние дендритной ликвации на структуру бронз.12. Опишите особенности усадки бронз.104Лабораторная работа № 7МИКРОСТРУКТУРА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВЦель работы1. Ознакомиться с типичными структурами титановых сплавов.2.

Ознакомиться с влиянием состава и термической обработкина структуру титановых сплавов.Теоретическая частьТитан и его сплавыТемпература плавления Ti составляет 1668 °С. Титан имеет двеаллотропические модификации: низкотемпературная α-модификация с ГПУ-решеткой существует до 882,5 °С, высокотемпературная β-модификация, устойчивая в интервале от 882,5 °С дотемпературы плавления, обладает ОЦК-решеткой.Титан, как и Al c Mg, относится к легким металлам: его плотность составляет 4,5 г/см3.Благодаря защитной пленке — рутилу (TiO2) — титан обладаеточень высокой коррозионной стойкостью в воздушной атмосфере,морской воде и во многих агрессивных средах. Титан имеет низкую теплопроводность, которая в 13 раз меньше теплопроводностиалюминия и в 4 раза меньше теплопроводности железа.Существенным недостатком Ti являются низкие значения егомодулей упругости.

В некоторых случаях для получения достаточной жесткости конструкций из титановых сплавов приходится существенно увеличивать сечения изделий по сравнению с теми, которые удовлетворяют условиям прочности.По сравнению с другими материалами с гексагональной решеткой (например, Mg, Zn, Cd) Ti обладает высокой пластичностью. Объясняется это тем, что для идеальной гексагональной105плотноупакованной решетки отношение трансляций с/а равно1,633, и при этом базисная плоскость {001} в этих решетках является единственной плотноупакованной плоскостью, и она же, какправило, является преимущественной плоскостью скольжения.Решетка Ti имеет отношение трансляций с/а меньшее, чем в идеальной решетке, а именно 1,587.

Сближение плоскостей базиса вплотноупакованной гексагональной структуре может быть достигнуто лишь увеличением межатомных расстояний в самих базисных плоскостях. При уменьшении плотности упаковки базисныхплоскостей, они перестают быть единственными плоскостямискольжения для дислокаций. В титане скольжение осуществляетсятакже в плоскостях {100} и {101}. Увеличение количества системскольжения в кристалле приводит к повышению пластическихсвойств материала.Еще одним существенным недостатком Ti является его высокая химическая активность.

Титан при высоких температурах взаимодействует со всеми компонентами воздуха и с большинствомогнеупоров, что создает трудности при плавлении и термообработке титановых сплавов.Сочетание высокой удельной прочности (выше, чем у большинства сталей) и высокой коррозионной стойкости определяетглавную область применения титановых сплавов — ракетостроение и авиация.

Применение титановых сплавов наиболее целесообразно в интервале температур 300…600 °С, когда легкие алюминиевые и магниевые сплавы уже не могут работать, а стали иникелевые сплавы уступают им по удельной прочности. Кроме того, благодаря высокой коррозионной стойкости во многих химически активных средах титан имеет большие перспективы применения в химической промышленности.Легирующие элементы образуют твердые растворы замещенияв α- и β-Ti. В зависимости от влияния на полиморфизм титана вселегирующие элементы делятся на три группы:1) α-стабилизаторы — элементы, повышающие стабильностьα-фазы. Эти элементы повышают температуру αβ-превращения.К ним относятся Al, Ga, In. Алюминий — единственныйα-стабилизатор, которым легируют сплавы Ti;2) β-стабилизаторы — элементы, повышающие стабильностьβ-фазы и понижающие температуру αβ-превращения.

Легирую106щие элементы этой группы в свою очередь подразделяются наизоморфные и эвтектоидообразующие. Изоморфные β-стабилизаторы образуют непрерывный ряд твердых растворов с β-Ti, и,начиная с некоторой концентрации легирующего элемента, β-фазастабильна даже при комнатной температуре. К изоморфнымβ-стабилизаторам относятся Mo, V, Nb, W, Ta.

В сплавах титанас эвтектоидообразующими β-стабилизаторами при достаточнонизкой температуре происходит эвтектоидный распад β-фазы(β  α + TiX, где TiX — интерметаллид). К числу эвтектоидообразующих β-стабилизаторов относятся Si, Cr, Mn, Fe, Cu, Ni, Pb, Be,Co. Следует отметить, что в сплавах с переходными металламиэвтектоидное превращение идет очень медленно, и при обычныхскоростях охлаждения оно вообще не фиксируется. Таким образом, структура в этих сплавах подобна той, что формируется прилегировании титана изоморфными β-стабилизаторами;3) нейтральные упрочнители — элементы, слабо влияющие настабильность α- и β-фазы и температуру полиморфного превращения.

Sn, Zr, Ge являются нейтральными упрочнителями.На рис. 7.1 схематически представлены диаграммы состоянияTi — ЛЭ, где ЛЭ — легирующий элемент. Рис. 7.1, а соответствуетслучаю, когда ЛЭ является α-стабилизатором, а рис. 7.1, б и в —когда ЛЭ — β-стабилизатор изоморфный и эвтектоидообразующий соответственно.Рис. 7.1.

Схематические диаграммы состояния Ti — ЛЭ107Практически все сплавы Ti легируют Al. Это обусловлено следующими факторами:• Al эффективно упрочняет α-, α+β- и β-сплавы при сохраненииудовлетворительной пластичности;• Al повышает жаропрочность и сопротивление ползучестисплавов Ti;• Al повышает модуль Юнга;• Al понижает склонность сплавов Ti к водородной хрупкости;• плотность Al значительно меньше плотности Ti, поэтому введение Al понижает плотность сплава и повышает их удельнуюпрочность;• Al относительно недорогой элемент.Газовые примеси (кислород, азот, водород, углерод) образуютв обоих модификациях Ti твердые растворы внедрения.

Кислород,азот и углерод являются α-стабилизаторами, водород — β-стабилизатором. Все эти примеси считаются вредными, так как ониохрупчивают Ti и его сплавы, поэтому их допустимая концентрация составляет 0,005…0,15 %. Особенно вреден водород, вызывающий водородную хрупкость титановых сплавов. Очень подвижный, проникающий на большие расстояния водород попадает вметалл при плавке и последующей обработке. В α-Ti водород малорастворим и образует пластинчатые включения гидрида, снижающие ударную вязкость сплава. В β-Ti растворимость водороданесравненно больше, и поэтому в сплавах, где содержится многоβ-фазы, допускается более высокое содержание водорода. Однакоего большое количество приводит к блокировке дислокаций вβ-фазе, что в свою очередь вызывает охрупчивание материала.Фазовые превращения в титановых сплавахНа формирование структуры титановых сплавов решающеевлияние оказывают фазовые превращения, связанные с полиморфизмом Ti.

Рассмотрим процесс формирования структуры сплавовсистемы, показанной на рис. 7.2.При кристаллизации любого титанового сплава образуетсяβ-твердый раствор с ОЦК-решеткой. Структура формирующейсяβ-фазы, как правило, очень крупнозернистая: поперечное сечениеβ-кристаллов в слитках может достигать нескольких сантиметров.108Рис. 7.2. Диаграмма состояния Ti — β-cтабилизаторДальнейшее медленное охлаждение приводит к βα-полиморфному превращению в интервале температур между линиямиОb и Оa.

При нагреве происходит обратное αβ-превращение.В процессе полиморфного превращения состав α- и β-фаз изменяется по линиям Оa и Оb соответственно. В большинстве промышленных сплавов это превращение не идет до конца, так как их состав находится между точками a и b, и в них при комнатной температуре сохраняется β-фаза.Аллотропическое превращение в Ti происходит по принципуориентационного и размерного соответствия. Согласно этомуформа и ориентация зародышей новой фазы при их формировании в анизотропной среде должны обеспечивать минимальнуюповерхностную энергию межфазной границы, а минимум поверхностной энергии достигается при максимальном сходстве врасположении атомов на соприкасающихся плоскостях старой иновой фаз.В однофазных титановых сплавах, состав которых находитсялевее точки а, при полиморфном βα-превращении β-зерна разбиваются на несколько более мелких вытянутых в одном направлении α-кристаллов.

Характеристики

Список файлов книги