Лекции_Матвед_Минаков (863839), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Берсенева своему учителю Д.К. Чернову. Длинакристалла – 39 см, масса – 3,45 кг. Находится в музее истории Военной академииРВСН им. Петра Великого.Электролиз 22 → 2+ + 2−2+Τ = −0,136 В > 2 +Τ2 = −0,41 В моделирование ростадендритного кристалла сК(-): 2+ + 2℮ → 0помощью решёточных22 + 4 ℮ → 2 + 2−уравнений БольцманаА(+): 2− − 2℮ → 2 0Структура металлического слитка состоит из трёхзон кристаллитов:I – зона мелких равноосных произвольноориентированных кристаллитовобразуется в результате быстрогоохлаждения жидкого металла (большая степеньпереохлаждения ∆) при его соприкосновении состенками изложницы; рост зоны I прекращаетсятогда, когда выделившаяся скрытая теплотанормальноезатвердевания начинает повышать температуруохлаждениежидкого металла.II – зона столбчатых кристаллитовобразуется в направлении отвода теплоты, т.е.
нормально кстенкам изложницы; рост зоны II прекращается тогда, когдавыделившаяся скрытая теплота затвердевания начинаетповышать температуру жидкого металла.Стыки столбчатых кристаллитов крайне хрупкие !!!III – зона крупных беспорядочно ориентированных кристаллитовобразуется в результате медленно охлаждения жидкогослева – сильныйперегрев и быстроеметалла (маленькая степень переохлаждения ∆)Соотношение между размерами зон зависит от перегреваохлаждение; справа –расплава, теплопроводности изложницы, содержания примесейочень медленное..., т.е.
от условий кристаллизации.охлаждение§ 6. Ликвация и её влияние на свойстваЛиквация – это химическая неоднородность, возникающая в сплаве в процессекристаллизации. Различают два вида ликвации: дендритная и зональная. Оба виданежелательны, т.к. приводят к уменьшению механических свойств, коррозионнойстойкости и т.д.Явление ликвации усиливается при: увеличении скорости охлаждения (особеннодендритная); уменьшении скорости диффузии.Дендритная ликвация — это химическая неоднородность в пределах одногодендрита — кристалла древовидной (ветвистой) формы.
Причина – на осяхпервого порядка происходит осаждение более тугоплавких примесей, азатвердевающая позже между осями часть расплава обогащается болеелегкоплавкими примесями (это явление называется избирательнойкристаллизацией). Это приводит к неоднородности химического состава вразличных частях каждого дендрита.Для устранения дендритной ликвации используют Т.О. – диффузионный отжиг(гомогенизация). Металл нагревают до высокой температуры (нижетемпературы плавления), проводят выдержку при этой температуре с цельюактивации процессов диффузии и выравнивания химического состава в зёрнах.Микроструктура сплава CuNi (х200) после: а – литья; б –деформации и гомогенизацииЗональная ликвация – это неоднородность химического состава в отдельныхпорциях отливки.
Причина: концентрирование более тяжелых примесей внижней, а более легких – в верхней частях отливки (кристаллизация поплотности).Для уменьшения зональной ликвации ограничиваютразмеры слитков, а также применяют специальныеметаллургические процессы: непрерывную разливку,переплав в водоохлаждаемом кристаллизаторе и др.Зональная ликвация серы в поперечном макрошлифестального рельса§ 7. Кристаллизация на практикеА.
Получение мелкого зерна (устранениестолбчатых кристаллов и ослабление ликвации):отливка небольшого сечения1 строкаотливка крупного сечения2 строкиБ. Получение монокристаллов3 строкиВ. Получение аморфного материала1 строка – скорость образованиязародышей кристаллов; – линейная скорость ростакаждого кристалла;∕ – макроскопическаяскорость затвердевания.Способы получения аморфных материалов (сверхбыстрые скорости охлаждения>106 ℃/сек – подавляется образование зародышей и замедляются процессыдиффузии):а и г – центробежное охлаждение; б – охлаждение на диске; в – прокаткарасплава; д – планетарное охлаждение на диске.А также другие методы: сверхбыстрое охлаждение из газовой среды(парообразного или ионизированного состояния); электролиз; катодноераспыление; химическое осаждение; механическое легирование.У аморфных материалов отсутствует дальний порядок, у них нет дефектов(границ зёрен, дислокаций и т.п.), не наблюдается зональная ликвация.Аморфные материалы имеют высокую прочность (2000...4000 МПа), твёрдость(1000-1400 HV); некоторые материалы (на основе железа) являются хорошимимагнито-мягкими материалами; некоторые (на основе железа и хрома) являютсяболее коррозионно-стойкими, чем коррозионно-стойкие стали.Аморфные материалы получают в виде ленты или проволоки (d несколько мкм)Способы получения монокристаллов:→ метод БриджменаМеталл 2 помещается в тигель 3.
Тигель 3 нагреваетсяна 50-100 ℃ выше tплавл Ме в вертикальной трубчатойпечи 1. Далее тигель с Ме медленно вынимается изпечи. В вершине конуса зарождается монокристалл 4 ирастёт в направлении перемещения тигля. Рост другихзародышей подавляется.→ метод ЧохральскогоКристалл-затравка (вырезанный из монокристалла) 2вводится в слой жидкого металла 4 (температураметалла выше tплавл Ме), нагретого в печи 1. Затравкувыдерживают в металле до установления равновесияжидкость-кристалл, далее медленно удаляют израсплава (1-2 мм/мин), при этом ванна 5 с расплавомвращается со скоростью 100 об/мин.
Растущиймонокристалл 3 имеет такую жекристаллографическую ориентацию как у кристаллазатравки.Монокристаллы имеют минимальное количестводефектов. Используются для изучения свойствметаллов, исключив влияние границ.Монокристаллы имеют высокие полупроводниковыесвойства (германий, кремний), а также существенноболее высокие прочностные свойства (монокристаллыиз жаропрочных никелевых сплавов используются дляпроизводства лопаток газотурбинных двигателей)значения близкие к теоретическойпрочности возможно получить вметаллических «усах» (1-2 мкм)монокристалл кремниятеоретическая прочностькристалла (для железа ~ 1400 кг/мм²)§ 8. Полиморфизм.
Полиморфное превращениеПолиморфизм (аллотропия) – существование одного металла в несколькихкристаллических формах. Различные кристаллические формы одного металланазываются полиморфными или аллотропическими модификациями.Аллотропией, например, обладают такие металлы как: железо, кобальт, титан,марганец, олово и др.Аллотропические формы обозначаются греческими буквами , , и т.д. (помере увеличения температуры существования формы)δ (α)Аллотропическим (полиморфным) превращением называется изменениекристаллической решётки кристаллического тела.Термодинамические условия полиморфного превращения имеют тот жехарактер, что и для процесса кристаллизации/плавленияПревращение идёт, если:- есть переохлаждение ∆ =0 − , где 0 - температурааллотропического равновесия, - фактическая температурааллотропического превращения.- образуется зародыш с ≥ кр- зародыш имеет флуктуациюэнергии ∆кр- свободная энергия системы∆ уменьшаетсяКривые охлаждения и нагреваметалла, имеющегоаллотропическое превращениеОбщее изменение свободной энергии приполиморфном превращении:∆ = − ∗ ∆ + ∗ + полиморфное превращение идёт в твёрдой,упругой среде, поэтому оно связано сизменением объёма (иногда и значительным);Z – упругая энергия, которая зависит отмодулей упругости полиморфныхмодификаций и и изменении объёма припревращении → .Уменьшение ∆ возможно, если выигрыш в − ∗ ∆ компенсируетвозникающую поверхностную и упругую энергии.
Поэтому для развитияполиморфного превращения требуется большее переохлаждение ∆, чем прикристаллизации.Диффузионный(нормальный)небольшоеМеханизмы полиморфного превращенияБездиффузионный(мартенситный)переохлаждение ∆большоеструктурное и размерноетребуетсясоответствие зародышейчерез кооперативную закономернуючерез неупорядоченныерост кристаллов переупаковку атомов (атомы сохраняютдиффузионныесвоих соседей и смещаются друг кпереходы отдельныхдругу на расстояния <<< межатомные)атомовтребуетсяСовмещениеграниц зёренγ-Fe(жирные) иα-Fe(тонкие),х200возникают большие упругие напряжения;металл упрочняется как при наклёпе(фазовый наклёп)Продуктымартенситногопревращения втехническом железе,х1000; игольчатыепластины α-Fe§ 9.
Магнитное превращениеТакие металлы как Fe, Co, Ni имеют специфические магнитные свойства, вчастности, способность хорошо намагничиваться (такие свойства называютсяферромагнитными). Однако при нагреве фероромагнитные свойствауменьшаются. При определённой температуре (точка Кюри) происходит полнаяпотеря ферромагнитных свойств.Для железа точка Кюри равна 768 ℃.Fe в интервале температур 768 ÷ 911 ℃имеет решётку ОЦК, которая немагнитна –данную модификацию принято называтьβ-Fe.Отличия магнитного превращения:- точка Кюри не отвечает скачкообразномуизменению свойств; ферромагнитныесвойства уменьшаются постепенно;- механические свойства не изменяются(только некоторые физические);- не имеет температурного гистерезиса;- не сопровождается изменением КР иобразованием и ростом новых зёрен (!)Глава III «Формирование структуры металла придеформировани軧 1.
Упругая и пластическая деформации металловДеформация – это изменение размеров и формы тела под действиемприложенных сил (нагрузок): внешних или возникающих при различных физикомеханических процессах, проходящих в самом теле.Упругаят.е. обратимая деформация (исчезаетпосле снятия нагрузки)Стадии процесса деформации:- стадия упругих деформаций(линейная зависимость между силойи деформацией по закону Гука);- стадия упруго-пластическихдеформаций (криволинейнаязависимость между силой идеформацией);- стадия разрушения.Пластическая (ПД)т.е. необратимая деформация (остаётсяпосле удаления сил)Механические свойства – характеристики, определяющие поведение материалапод действием приложенных внешних механических сил. Для получениячисловых характеристик требуется проведение механических испытаний (пристатических, динамических и переменных нагрузках) и расчётов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
