Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам




НазваниеКурс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам
страница6/24
Дата публикации13.08.2013
Размер2.37 Mb.
ТипДокументы
shkolnie.ru > Физика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

^ Возврат и рекристаллизация.


Неравновесная структура, созданная холодной деформацией, у большинства металлов устойчива при температуре 250 С. Переход металла в более стабильное состояние происходит при нагреве.

Процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на две основные стадии:

  • Возврат;

  • Рекристаллизация;

Обе стадии сопровождаются выделением тепла и уменьшением свободной энергии.
Возвратом называют все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, т. е. размер и форма зёрен при возврате не изменяются.
Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых зёрен с меньшим количеством дефектов строения; в результате рекристаллизации образуются совершенно новые, чаще всего равноосные кристаллы.
Пластически деформированные металлы могут рекристаллизоваться лишь после деформации, степень которой превышает определённое критическое значение, которое называется критической степенью деформации. Если степень деформации меньше критической, то зарождение новых не деформированных зёрен при нагреве не происходит. Критическая степень деформации не велика (2 – 8%).
Существует также температура рекристаллизации; это наименьшая температура нагрева, обеспечивающая возможность зарождения новых зёрен.
^ Трекр = аТпл
Значение а зависит от чистоты металла, степени пластической деформации, количества примесей, а также тугоплавкость металлов.
Зарождение новых зёрен при рекристаллизации происходит в участках с наибольшей плотностью дислокаций, обычно на границе деформированных зёрен. Чем выше степень пластической деформации, тем больше возникает центров рекристаллизации.
Стадия рекристаллизации подразделяется на три этапа:


  1. Первичная рекристаллизация, которая включает образование субмикроскопических областей, с образованием новых высокоугловых границ между центрами рекристаллизации и деформированной основой.

  2. Собирательная рекристаллизация. С течением времени образовавшиеся центры новых зёрен увеличиваются в размерах вследствие перехода атомов от деформированного окружения к более совершенной решётке; при этом большеугловые границы новых зёрен перемещаются в глубь наклёпанного металла.

  3. Вторичная рекристаллизация, когда происходит анамальный рост отдельных кристаллов. Дефектная структура.


Свойства металла после рекристаллизации близки к свойствам отожженного металла.

Деформирование металла подразделяют на холодное и горячее в зависимости от температуры.
Холодное деформирование проводят ниже температуры рекристаллизации, металл наклёпывается и сохраняет наклёп.

Горячее деформирование проводят выше температуры рекристаллизации, когда получаемый наклёп снимается одновременно протекающей рекристаллизацией.
Надо помнить, что пластичность и вязкость металлов и сплавов зависят от размера зёрен. С уменьшением размера зёрен вязкость улучшается. Размер зёрен, образующихся в результате рекристаллизации, зависит в основном от степени пластической деформации и от температуры, при которой происходила рекристаллизация.
Для конструкционных материалов общего назначения анизотропия свойств нежелательна. Рекристаллизованные сплавы, как правило, однородны по свойствам и анизотропии не обнаруживают.

Однако при известных условиях в рекристаллизованном металле появляется предпочтительная ориентация зёрен, которую называют текстурой рекристаллизации. Её вид зависит от химического состава сплава, характера деформирования, природы и количества примесей, технологических факторов. Образование текстуры рекристаллизации имеет практическое значение для металлов с особыми физическими, когда требуется улучшить то или иное свойство в определённом направлении изделия. Например, в листах трансформаторной стали образование текстуры даёт возможность уменьшить потери на перемагничивание по определённым направлениям листа.


Дополнение Сверхпластичное состояние металла проявляется при горячем деформировании металлов с ультрамелким зерном (0,5 – 10 мкм). При низких скоростях деформирования (10 -5 – 10 -1 с -1) металл течёт равномерно, не упрочняясь, относительные удлинения достигают 10 2 – 10 3 %.

Огромные деформации в сверх пластичном состоянии складываются из зернограничного скольжения, дополненного направленным (под действием напряжений) диффузионным переносом атомов и обычным скольжением внутри зерна. Очень важно сохранить мелкозернистую структуру в течение всего периода деформирования при температуре выше 0,5 Т пл (порядка десятков минут).

Сверпластичное состояние используют на практике для производства изделий весьма сложной формы при помощи пневматического формования листов или объёмного прессования.

^ Термическая обработка металлов и сплавов


  1. Определение и классификация.


Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и свойств.
Основные виды термической обработки – отжиг, закалка, отпуск и старение. Каждый из указанных видов имеет несколько разновидностей.
Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной: отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений.

Температура нагрева при отжиге зависит от состава сплава и конкретной разновидности отжига; скорость охлаждения с температуры отжига обычно не велика, она лежит в пределах 30 – 200 о С/ч.
Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравновесные структуры при термической обработке можно получить только в том случае, когда в сплавах имеются превращения в твёрдом состоянии:

  • Полиморфные превращения твёрдых растворов;

  • Переменная растворимость твёрдых растворов;

  • Распад высокотемпературного твёрдого раствора по эвтектойдной реакции и др.

Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твёрдом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении. Цель закалки – повысить твёрдость, износостойкость. Эти характеристики повышаются с увеличением углерода в сплаве.
Примечание : если в результате закалки при температуре 20 – 25оС фиксируется состояние высокотемпературного твёрдого раствора, значительного упрочнения сплава непосредственно после закалки не происходит; основное упрочнение создаётся при повторном низкотемпературном нагреве или во время выдержки при температуре 20 – 25оС.
Отпуск и старение – термическая обработка, в результате которой в предварительно закалённых сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной (распад пересыщенного твёрдого раствора).

Температуру и выдержку при отпуске выбирают экспериментально. Скорость охлаждения, за редким исключением, не влияет на структуру и свойства сплава.

Сочетание закалки с отпуском или старением практически всегда предполагает получения более высокого уровня свойств (твёрдости в сочетании с характеристиками прочности и вязкости).


Принципиальная возможность применения того или другого вида термообработки может быть определена на основании диаграмм фазового равновесия. В связи с этим можно выделить следующие группы сплавов:


  • Сплавы, не имеющие фазовых превращений в твёрдом состоянии.







  • Сплавы с переменной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии.







  • Сплавы с эвтектойдным превращением.




  1. ^ Основное оборудование для термической обработки.



К основному оборудованию для термической обработки относятся печи, нагревательные устройства и охлаждающие устройства. По источнику теплоты печи подразделяют на электрические и топливные (газовые и редко мазутные).

Для того чтобы избежать окисления и обезуглероживания стальных деталей при нагреве, рабочее пространство современных термических печей заполняют специальными защитными газовыми средами или нагревательную камеру вакуумируют. Для повышения производительности термической обработки мелких деталей машин и приборов применяют скоростной нагрев, т.е. загружают их в окончательно нагретую печь. Возникшие при нагреве временные тепловые напряжения не вызывают образования трещин и короблений.

Однако скоростной нагрев опасен для крупных деталей, поэтому нагрев таких деталей производят медленно (вместе с печью) или ступенчато. Иногда быстрый нагрев производят в печах – ваннах с расплавленной солью (свёрла, метчики и другие мелкие инструменты).
Для закаливания наружных слоёв трущихся деталей машин применяют закалку с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). Поверхностный нагрев деталей позволяет получить высокую твёрдость наружных слоёв при сохранении мягкой сердцевины. Этот способ нагрева очень производителен, может быть полностью автоматизирован и позволяет получить при крупносерийном производстве стабильное высокое качество закаливаемых изделий при минимальном их короблении и окислении.

Нагрев деталей ТВЧ осуществляется индуктором, охлаждение водой через спрейер – трубку с отверстиями для разбрызгивания воды.
Преимущества поверхностной закалки деталей, так же как и большинства способов упрочнения поверхности (химико – термической обработки, поверхностного наклёпа обработки), состоит также в том, что в поверхностных слоях деталей возникают значительные сжимающие напряжения.


  1. ^ Термическая обработка сплавов, не связанная с фазовыми превращениями в твёрдом состоянии.


Термическую обработку проводят независимо от того, происходят ли в сплавах фазовые превращения в твёрдом состоянии или нет. Такую обработку применяют, например, для уменьшения остаточных напряжений в изделиях, рекристаллизации пластически деформированных полуфабрикатов, уменьшения внутрикристаллической ликвации в слитках и отливках. Соответствующие операции термической обработки являются разновидностями отжига (отжиг первого рода):

    • Отжиг (нагрев) для уменьшения напряжений;

    • Рекристаллизационный отжиг;

    • Диффузионный отжиг (гомогенизационный).

Состояние сплава после теплового воздействия становится более равновесным.


    1. Нагрев для снятия остаточных напряжений.


Значительные остаточные напряжения возникают в отливках и полуфабрикатах, неравномерно охлаждающихся после прокатки или ковки, в холоднодеформированных полуфабрикатах или заготовках, в прутках в процессе правки, в сварных соединениях, при закалке и т.п.

Остаточные напряжения могут вызвать деформацию деталей при обработке резанием или в процессе эксплуатации, а суммируясь с напряжениями от внешних нагрузок, привести к разрушению или к короблению конструкции; увеличивая запас упругой энергии (например, сварной конструкции), остаточные напряжения повышают вероятность хрупкого разрушения. Во многих сплавах они вызывают склонность к растрескиванию в присутствии коррозионно-активной среды. По величине остаточные напряжения могут достигать предела текучести.
В стальных и чугунных деталях значительное снижение остаточных напряжений происходит в процессе выдержки при температуре 450оС; после выдержки при температуре 600оС напряжения понижаются до очень низких значений. Время выдержки устанавливается от нескольких до десятков часов и зависит от массы изделия.
В сплавах на основе меди и алюминия существенное уменьшение остаточных напряжений происходит при температурах 250 – 350оС.
По окончании выдержки при заданной температуре изделия медленно охлаждают, чтобы предотвратить возникновение новых напряжений. Допустимая скорость охлаждения зависит от массы изделия, его формы и теплопроводности материала; она обычно лежит в пределах 20 – 200оС/ч.



    1. Рекристаллизационный отжиг.


Нагрев деформированных полуфабрикатов или деталей выше температуры рекристаллизации называют рекристаллизационным отжигом; в процессе выдержки происходит главным образом рекристаллизация.

Температура отжига обычно выбирают на 100 – 200оС выше температуры рекристаллизации. Скорость охлаждения при этой разновидности отжига не имеет решающего значения (обычно на спокойном воздухе).
Цель отжига – понижение прочности и восстановление пластичности деформированного металла, получение определённой кристаллографической текстуры, создающей анизотропию свойств, и получения заданного размера зерна.



    1. ^ Диффузионный отжиг (гомогенизация).


В реальных условиях охлаждения расплава кристаллизация твёрдых растворов чаще всего протекает не равновесно: диффузионные процессы, необходимые для выравнивания концентрации растущих кристаллов по объёму, отстают от процесса кристаллизации. В результате сохраняется неоднородность состава по объёму кристалла – внутрикристаллическая ликвация: сердцевина кристаллов обогащена тугоплавким компонентом сплава, а наружные части кристаллов обогащены компонентом, понижащим температуру плавления.
Внутрикристаллическая ликвация, особенно в случае появления в структуре эвтектической составляющей, затрудняет последующую обработку давлением, так как снижается пластичность сплавов.

Диффузионным отжигом называют длительную выдержку сплавов при высоких температурах, в результате которой уменьшается ликвационная неоднородность твёрдого раствора. При высокой температуре протекают диффузионные процессы, не успевшие завершиться при первичной кристаллизации.

В стальных слитках в результате диффузионного отжига достигается более равномерное распределение фосфора, углерода и легирующих элементов в объёме зёрен твёрдого раствора.
Диффузионный отжиг стальных слитков ведут при температуре 1100 – 1300оС с выдержкой 20 – 50 ч.
Диффузионный отжиг слитков алюминиевых сплавов проводят при температуре 420 – 520оС с выдержкой 20 – 30 ч для устранения ликвации.


  1. Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью

компонентов в твёрдом состоянии.
Переменная растворимость компонентов в твёрдом состоянии даёт возможность значительно упрочнять сплавы путём термической обработки. Это привело к широкому использованию сплавов этого типа – стареющих сплавов – в качестве конструкционных материалов повышенной и высокой прочности. Сплавы – на алюминиевой, медной, железной, никелевой, кобальтовой, титановой и других основах.

Сущность упрочняющей термической обработки стареющих сплавов заключается в образовании дисперсной структуры, которая образуется в результате термической обработки, состоящей из двух операций – закалки и старения (выделения вторичной фазы из пересыщенного твёрдого раствора).
Старение, происходящее при повышенных температурах, называют искусственным. В сплавах на основе низкоплавких металлов старение может проходить при температуре 20 – 25оС в процессе выдержки после закалки; такое старение называют естественным.

При старении уменьшается концентрация пересыщенного компонента в твёрдом растворе; этот компонент расходуется на образование выделений.
^ Тип выделений, их размер и характер сопряжённости с решёткой твёрдого раствора зависят как от вида сплава, так и от условий старения, т.е. температуры и времени выдержки.

Если время выдержки достаточно велико, происходит коагуляция стабильных кристаллов. Коагуляцией называют рост кристаллов той фазы, которая распределена в виде включений в основе сплава.
Степень упрочнения при старении может быть очень высокой. Так, твёрдость и временное сопротивление дюралюминов при оптимальных условиях старения увеличиваются в 2 раза, в бериллиевых бронзах - в 3 раза.
Термическую обработку, приводящую к получению стабильной структуры (после коагуляции и сфероидезации), называют стабилизацией; термин подчёркивает получение более устойчивой структуры при возможном нагреве сплава в условиях эксплуатации.


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

Похожие:

Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconТехнология сбис курс лекций. Объем 36 часов. Составитель: доцент коф петрГУ
Преимущества кремниевой технологии. Требования к кремнию как к материалу для микроэлектронной промышленности
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций Валерий Васильевич Вандышев Уголовный процесс. Курс лекций...
В 17 Уголовный процесс. Курс лекций. — Спб.: Питер, 2002. — 528 с. — (Серия «Учебники для вузов»)
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций по предмету “Материаловедение и ткм”
Износостойкость в больше,чем при шлифовке. Для коленчатых валов предел выносливости повышается на. 48
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconЛекция психосексуальное развитие. Возрастная динамика взаимоотношения полов 15
Основы семейной психопедагогики (курс лекций) / В. И. Короткий. — Архангельск: М'арт, 2003. — 178 с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций москва издательство "юридическая литература" 1997
Атаманчук Г. В. Теория государственного управления. Kvpc лекций — М.: Юрид лит., 1997. — 400 с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций Харьков 2002 Рецензенты: директор Института социальных...
Курс лекций по истории политических и правовых учений подготовлен в соответствии с программой данной дисциплины, с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconНа научно-образовательный материал «Курс видео-лекций по дисциплине...
Рассматриваемый курс видео-лекций может быть использован в системе повышения квалификации специалистов электроэнергетического профиля,...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconУтверждаю: Ректор университета, В. А. Колесников “ 5“
Преподавание курса осуществляется на 4-ом или 5-ом семестрах при общем объеме, равном 102 часам, который включает 16 часов лекций,...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций москва инфра-м 2002 Кононенко Б. И. Основы культурологии: Курс лекций. М.: Инфра-м
В нем в доступной форме раскрываются и выделяют­ся шрифтовой гаммой основные категории и пеня;!' I, что позволит сту­дентам быстро...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconПрограмма элективного курса
Курс «История сословий в России» рассчитана на 17 часов для изучения в 10 классе профильной школы. Он охватывает период с IX до конца...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница