Повышение прочности или упрочнение материалов

Тема: Увеличение прочности либо упрочнение материалов


Базовая неувязка современного материаловедения в машиностроении – исследование процессов, приводящих к увеличению прочностных параметров материалов, устройств упрочнения и разработка на этой базе действенных технологий получения прочных материалов. Без таких Повышение прочности или упрочнение материалов материалов нереально предстоящее развитие машиностроения, авиации и галлактической техники, кораблестроения, добывающей индустрии, атомной энергетики.

Увеличение прочности либо упрочнение материала – условно необратимое увеличение прочностных черт при механическом, хим, термическом воздействии на материал. Упрочнение может Повышение прочности или упрочнение материалов достигаться, во-1-х, при обработке уже приобретенного материала, и, во-2-х, при его получении.

^ Механизмы упрочнения материалов можно поделить на две группы:

а) дислокационные,

б) недислокационные.

Дислокационные механизмы упрочнения реализуются в кристаллических материалах Повышение прочности или упрочнение материалов. В их базе лежат процессы размножения дислокаций, конфигурации их плотности и торможения.

Недислокационные механизмы упрочнения вероятны в поликристаллических и бесформенных материалах, которые могут иметь гетерогенную структуру с высочайшей работой распространения трещинок.

Предлагалось Повышение прочности или упрочнение материалов несколько классификаций вариантов либо общих направлений упрочнения материалов. В базу этих классификаций положены как механизмы упрочнения, так и методы получения упрочненных материалов.

Разглядим более всераспространенные систематизации, предложенные в различное время выдающимися материаловедами Повышение прочности или упрочнение материалов.

^ Систематизация методов упрочнения металлов, предложенная академиком А.А.Бочваром:

  1. Прохладная деформация металлов (нагартовка).

  2. Сплавление основного металла с компонентами, образующими с ним твердые смеси.

  3. Получение высокодисперсной консистенции фаз либо промежного состояния, соответственного предварительной Повышение прочности или упрочнение материалов стадии образования этой консистенции.

  4. Введение в сплав компонент, образующих уже при кристаллизации новейшую более твердую фазу, располагающуюся по границам первичных зернышек либо по междендритным местам.

В базу систематизации методов Повышение прочности или упрочнение материалов упрочнения металлов, предложенной основоположником столичной школы металловедения, доктором МИСИС М.Л.Бернштейном положены разные варианты торможения дислокаций:

  1. Упорядочение:

- ближнее; дислокации тормозятся за счет межатомных связей, к примеру, при снижении температуры уменьшаются межатомные расстояния в кристалле Повышение прочности или упрочнение материалов, что приводит к повышению сил межатомного взаимодействия и торможению дислокаций;

- далекое; образуются субзерна, домены с правильным кристаллическим строением, их границы тормозят движение дислокаций.

  1. Образование атмосфер из атомов примесей.

  2. Торможение дислокаций на частичках Повышение прочности или упрочнение материалов 2-ой фазы.

  3. Упрочнение вследствие взаимодействия дислокаций.

Германскими металловедами Р.Циммерманом и К.Гюнтером также были предложены следующи главные пути увеличения прочности материалов:

    1. Деформационное упрочнение (наклеп).

    2. Упрочнение при образовании твердого раствора.

    3. Упорядочение Повышение прочности или упрочнение материалов (образование антифазных границ).

    4. Создание тонкодисперсной структуры; старение (выделение вторых фаз).

    5. Образование субструктуры.

    6. Повышение плотности дислокаций, к примеру в итоге фазового наклепа.

    7. Уменьшение плотности дислокаций.

    8. Создание композитных материалов.

    9. Создание подходящих (сжимающих) поверхностных Повышение прочности или упрочнение материалов остаточных напряжений.

Анализируя приведенные систематизации способов упрочнения, нельзя не увидеть их общность, даже повторяемость по ряду отдельных методов.

^ В связи с этим, можно составить обобщенную систематизацию, положив в базу механизмы упрочнения.

I. Варианты Повышение прочности или упрочнение материалов упрочнения, реализуемые на базе дислокационных устройств:

  1. Твердорастворное упрочнение.

  2. Дисперсионное упрочнение.

  3. Дисперсное упрочнение.

  4. Получение сверхмелкого зерна (зернограничное упрочнение)

  5. Упрочнение сплавов методом образования крепкой межзеренной сетки при их кристаллизации.

  6. Деформационное упрочнение.

^ II. Варианты Повышение прочности или упрочнение материалов упрочнения, реализуемые на базе недислокационных устройств:

  1. Создание бездислокационных структур:

- создание монокристаллических материалов;

- создание нанокристаллических и амофных материалов.

2. Создание композиционных материалов.

3. Трансформационное упрочнение в керамиках.

Разглядим вышеизложенные варианты упрочнения, тщательно останавливаясь на Повышение прочности или упрочнение материалов фактически механизмах упрочнения, его физической сущности. Также разглядим и некие технологические методы, средством которых могут быть реализованы варианты упрочнения.

При всем этом следует иметь ввиду, что некие вопросы предусмотрены к исследованию в отдельных общих и Повышение прочности или упрочнение материалов особых курсах, таких, как материаловедение, разработка материалов и покрытий, теория строения материалов, тепловая и химико-термическая обработка металлов. Потому вопросы материаловедения и металловедения, теории и практики тепловой и химико-термической обработки в Повышение прочности или упрочнение материалов данной лекции будут освещены исключительно в связи с неувязкой упрочнения материалов, его механизмами.


  1. ^ Твердорастворное упрочнение

Твердорастворное упрочнение реализуется в сплавах вследствие возможности металлов создавать меж собой, также с неметаллами или Повышение прочности или упрочнение материалов отдельные фазы, или консистенции фаз. Различают твердые смеси замещения, твердые смеси внедрения, интерметаллические фазы.

Твердые смеси замещения появляются при занятии неких узлов решетки матрицы атомами другого элемента, т. е. замещением атома матрицы (рис Повышение прочности или упрочнение материалов. 1).

Область растворимости какого-нибудь металла в данной матрице может быть оценена эмпирическим правилом Юм-Розери: широкая область растворимости вероятна в тех случаях, когда:

а) различие атомных радиусов наименее 10-15 %;

б) элементы владеют практически Повышение прочности или упрочнение материалов схожими химическими качествами;

в) решетки изотипны.



Рис. 1. Рис. 2.


При полном выполнении правила Юм-Розери выходит непрерывный ряд жестких смесей, а при частичном – растворимость в жестком состоянии ограниченная.

При образовании жестких смесей замещения могут Повышение прочности или упрочнение материалов появляться следующи варианты расположения атомов:

1. Ближний .порядок (рис. 2). Атом окружен атомами другого вида. Энергия связи меж разнородными атомами больше, чем меж однородными.




Рис. 3. Рис. 4.


2. Далекий порядок, либо сверхструктура (рис. 3). Появляется Повышение прочности или упрочнение материалов при стехиометрическом соотношении разнородных атомов, которые образуют полностью определенную решетку. Сверхструктуры устойчивы только ниже определенной температуры.

4. Образование зон. Предпочтительное размещение однородных атомов растворяемого элемента в качестве ближайших соседей.

Твердые смеси внедрения образуются при Повышение прочности или упрочнение материалов внедрении в большей степени атомов металлоидов в междоузлия кристаллической решетки матрицы (рис. 5)



Рис. 5

Фазы внедрения – сверхструктуры в системах смесей внедрения (рис. 6) имеют полуметаллический сияние, высшую твердость и износоустойчивость. В технике более Повышение прочности или упрочнение материалов обширно употребляются такие фазы внедрения, как карбиды и нитриды переходных металлов



Рис.6.

Интерметаллические фазы образуются обычно в средних частях диаграмм состояния, за областью жестких смесей, когда не производится правило Юм-Розери. Характеризуются проявлением гетерополярной и Повышение прочности или упрочнение материалов гомеополярной составляющих межатом-ных сил связи наряду, естественно, с железной связью при практически полной либо частичной стехиометрии. Интерметаллические фазы стабильнее сверхструктур, они большей частью твердые, хрупкие и владеют нехороший электропроводностью.

Различают (по Повышение прочности или упрочнение материалов повышению вклада неметаллической составляющей сил связи):

1. Фазы Юм-Розери, которые образуются меж металлами групп Ib, IVb до VIIIb (металлы первого рода) и металлами групп IIb, IIIa до Va (металлы второго рода). Такие Повышение прочности или упрочнение материалов фазы характеризуются определенным отношением числа валентных электронов к числу атомов.

Примеры фаз:

а) -фазы – большая часть из их имеет кубическую и г.п.у. решетки; три валентных электрона на каждые два Повышение прочности или упрочнение материалов атома;

б) -фазы — большей частью сложные кубические решетки; 21 валентный электрон на 13 атомов;

в) -фазы — в главном г.п.у. решетки; имеют семь валентных электронов на четыре атома.

Фазы Юм-Розери имеют Повышение прочности или упрочнение материалов железный сияние, высшую твердость и хрупкость. 2. Фазы Лавеса, представляющие, собой соединения АВ2 типов MgCu2, MgNi2 и MgZn2. Фазы Лавеса – твердые, хрупкие, диамагнитные.

3. Фазы Цинтля, представляющие из себя соединения меж металлами с Повышение прочности или упрочнение материалов очень различающимися химическими качествами; имеют солевидный нрав. Фазы Цинтля Li и Mg.

4 Фазы Гриме-Зоммерфельда, имеющие гомеополярный нрав сил связи, образующиеся меж элементами, равноотстоящими на право и на лево от группы IVa повторяющейся системы Повышение прочности или упрочнение материалов частей. Они кристаллизуются в кубическую решетку алмазного типа либо гексагональную типа вюрцита, к примеру CdSe, который применяется как полупроводник (лазер).

5. Интерметаллические соединения на стальной базе с металлами IV, V и Повышение прочности или упрочнение материалов VI групп, интерметаллические соединения Fe с Со, Ni и Мn.

-фазы описываются, как фазы Юм-Розери (имеют определенное отношение электронов на атом).

Растворное упрочнение реализуется исключительно в сплавах на базе жестких смесей замещения Повышение прочности или упрочнение материалов и внедрения. В базе этого эффекта лежит механизм взаимодействия дилокаций с примесными атомами, которое приводит к их торможению, т.е. к упрочнению материала.

Посторонние атомы, находящиеся в узлах либо междоузлиях кристаллической решетки базисного Повышение прочности или упрочнение материалов металла, могут вызывать торможение дислокаций и упрочнение материала за счет 4 эффектов:

1) образования примесных атмосфер на дислокациях;

2) конфигурации энергии изъянов упаковки;

3) роста сил трения при движении дислокаций;

4) упорядочения.

Образование на дислокациях примесных атмосфер Повышение прочности или упрочнение материалов (Коттрелла, Сузуки, Снука) затрудняет их перемещение, в особенности при низких температурах и увеличивает напряжение, нужное для начала работы источников Франка-Рида. Вследствие этого затрудняется переход к новым системам скольжения, примесные атмосферы их Повышение прочности или упрочнение материалов заблокируют. Такая блокировка приводит к началу пластической деформации при более больших напряжениях, после разблокировки облегчается множественное и поперечное скольжение, что в особенности принципиально для поликристаллов. Торможение дислокаций за счет образования атмосфер Повышение прочности или упрочнение материалов Коттрелла уже при очень низких концентрациях посторонних атомов (~0,01-0,001%)

Атмосферы Снука формируются из атомов внедрения, которые упорядоченно размещаются в растянутых октаэдрических порах ОЦК-решеток. Решетка искажается вследствие наличия дислокации.

Атмосферы Сузуки – облака примесных атомов Повышение прочности или упрочнение материалов внедрения либо замещения, сформировавшиеся в недостатке упаковки, насыщаются при концентрации посторонних атомов, равной нескольким атомным процентам. Потому торможение дислокаций проявляется и в сплавах, и в нелегированных металлах технической чистоты.

Энергия недостатка упаковки при Повышение прочности или упрочнение материалов легировании в большинстве случаев понижается. При значимых концентрациях растворенного элемента энергия недостатка упаковки может стать на порядок меньше, чем у металла-основы, в итоге чего поперечное скольжение дислокаций очень затруднится.

Посторонние Повышение прочности или упрочнение материалов атомы в решетке твердого раствора являются центрами преломления, вокруг которых появляются поля упругих напряжений. Движение дислокации в таковой искаженной решетке затруднено, по сопоставлению с незапятнанным металлом: вырастают силы трения, препятствующие Повышение прочности или упрочнение материалов перемещению дислокаций. Степень прироста сил трения тем больше, чем посильнее разница в размерах атомов базы и добавки и их электрической структуре

Повышение сил трения в жестких смесях нередко связывают также с различием в модулях упругости Повышение прочности или упрочнение материалов базы и добавки.

При образовании далекого порядка пластическая деформация скольжением осуществляется за счет перемещения парных дислокаций, связанных антифазной границей (рис.7).




Рис.7.


Расстояние меж дислокациями в упорядоченном жестком растворе оказывает влияние иа Повышение прочности или упрочнение материалов их поведение отменно так же, как ширина недостатка упаковки. Воздействие далекого порядка на пластическую деформацию более приметно в смесях с г.ц.к. решеткой существенно слабее в о.ц.к. и г.п Повышение прочности или упрочнение материалов. смесях.

Все описанные эффекты растворного упрочнения (не считая упорядочения) появляются тем легче, чем ниже температура деформации. С увеличением температуры воздействие растворимых примесей и легирующих частей ослабляется из-за размытия примесных атмосфер и активного Повышение прочности или упрочнение материалов развития термически активируемых процессов.

Растворное упрочнение обширно применяется для сотворения жаропрочных сплавов. В данном случае принципиально, чтоб эффект растворного упрочнения сохранялся до может быть более больших температур. Так как Повышение прочности или упрочнение материалов жаропрочные характеристики почти во всем определяются диффузионной подвижностью атомов и процессами динамического разупрочнения, то одно из главных требований легирования состоит в том, чтоб легирующие элементы понижали коэффициенты диффузии атомов матрицы. Чем меньше Повышение прочности или упрочнение материалов подвижность атомов легирующего компонента, тем паче отлично он увеличивает крепкость и жаропрочность. Диффузионная подвижность атомов легирующего компонента, в свою очередь, тем меньше, чем больше силы межатомной связи. О силах межатомной связи сплавов Повышение прочности или упрочнение материалов можно приближенно судить по температурам начала их плавления. Так, температуру солидус никелевых сплавов значительно увеличивают вольфрам и рений.

О возможности легирующих частей увеличивать жаропрочность сплавов по растворному механизму можно также косвенно судить по Повышение прочности или упрочнение материалов их воздействию на температуру начала рекристаллизации.

Молибден и вольфрам являются более многообещающими легирующими элементы в жаропрочных никелевых сплавах.

Больший эффект дает всеохватывающее легирование металлов. По мере усложнения состава твердого раствора крепкость Повышение прочности или упрочнение материалов и жаропрочность растет. Растворное упрочнение можно использовать при повышении жаропрочности до температур (0,6...0,65) Тпл (приблизительно до 800 °С для никелевых сплавов).


^ 2. Дисперсионное и дисперсное упрочнение

Частички лишних фаз могут еще больше значительно, чем растворенные атомы Повышение прочности или упрочнение материалов, оказывать влияние на пластическую деформацию во всем интервале гомологических температур. Обычно в сплавах они находятся в окружении матрицы – твердого раствора на базе основного металла – и являются действенными барьерами для скользящих в матрице дислокаций.

Дисперсные Повышение прочности или упрочнение материалов консистенции можно сделать двойственным образом:

а) закалкой и старением;

б) способами порошковой металлургии.

Соответственно, упрочнение, достигаемое за счет выделения дисперсных включений в процессе термической обработки именуется дисперсионным, а за счет введения дисперсных частиц Повышение прочности или упрочнение материалов в начальную шихту, следующего формования и спекания – дисперсным.

Невзирая на это, механизмы торможения дислокаций при пластической деформации для данных вариантов упрочнения общие. Некие особенности состоят в различии межфазных границ Повышение прочности или упрочнение материалов «частица-матрица».

В дисперсионноупрочненных материалах эта граница может быть когерентной, полукогерентной и некогерентной (рис.8, а, б, в). В дисперсноупрочненных материалах межфазная граница всегда некогерентна. Отличия данных типов межфазных границ:

- когерентная граница наблюдается меж фазами, имеющими Повышение прочности или упрочнение материалов схожие типа решеток с близкими параметрами, сопряжение полное;

- полукогерентная граница появляется в случае частичного сопряжения решеток, для полного сопряжения нужно ввести дислокации;

- некогерентная граница появляется меж фазами с разным типом Повышение прочности или упрочнение материалов решетки, параметром. Для сопряжения требуется переходная решетка и зернограничные дислокации



а б в

Рис. 8


Рациональные (исходя из убеждений торможения дислокаций) условия: расстояния меж частичками <0,1 мкм, размер частиц <0,01 мкм.

Когда при равномерном рассредотачивании частиц в объеме сплава Повышение прочности или упрочнение материалов передвигающаяся дислокация встречается с частичкой, есть две способности: перерезание частички и обход частички дислокацией (механизм Орована). Реализуется тот процесс, для протекания которого нужно меньшее напряжение.

^ Перерезание частиц. Модельное представление (рис. 9) предугадывает Повышение прочности или упрочнение материалов два догадки: а) дислокации негибкие, б) частички сферические.




^ Рис.9. Перерезание частиц дислокацией


Дополнительные напряжения, нужные для перерезания частички:

=Ed/bD,

где Е – энергия вновь образующейся поверхности, возникающей в итоге перерезания; D – расстояние Повышение прочности или упрочнение материалов меж 2-мя частичками; d – поперечник круга, возникающего в итоге среза частички; b – вектор Бюргерса.

Механизм Орована. Если частички представляют собой неодолимое препятствие, то в процессе пластической деформации линия дислокации изгибается (рис. 10).

Нужное для воплощения Повышение прочности или упрочнение материалов этого процесса дополнительное напряжение определяется по формуле

доп=Gb/(D—d), D>>d.

Обычно действует в случае частиц порядка 0,05 мкм. Отсюда следует, что чем плотнее- размещены частички, тем больше Повышение прочности или упрочнение материалов они противодействуют движению дислокаций (сложнее ей прогнуться и обогнуть частичку).




^ Рис. 10. Огибание частиц дислокацией Рис. 11. Перерезание частички с образованием по Оровану парных дислокаций


Перерезание частички с образованием парных дислокаций. Частички когерентные, упорядоченные, поперечником Повышение прочности или упрочнение материалов порядка 0,1 мкм (рис. 11). В упорядоченных частичках образованная дислокацией 1 антифазная граница устраняется дислокацией 2. Остающаяся антифазная граница меж дислокациями 1 и 2 пробует стянуть обе дислокации. При всем этом возрастает также сила отталкивания при сближении дислокаций. В Повышение прочности или упрочнение материалов равновесии эти силы примерно равны.

^ Аспекты устройств:

доп < – механизм Орована

доп = – переходное состояние меж 2-мя механизмами.

доп > – механизм перерезания.

^ Причины, затрудняющие перерезание и обход частиц.

Воздействие поля напряжений на поверхности раздела частичка—матрица Повышение прочности или упрочнение материалов. Когда на поверхности раздела матрица – частичка появляется напряженное состояние, то требуется дополнительное напряжение для продвижения дислокаций. Причинами завышенных напряжений на поверхности раздела матрица – частичка могут быть:

а) в случае когерентных частиц – различие в Повышение прочности или упрочнение материалов объемах ячейки матрицы и частиц;

б) в случае некогерентных частиц – разница в решетках и в коэффициентах термического расширения меж матрицей и частичками, что приводит к появлению напряжений при охлаждении, к примеру после жаркой Повышение прочности или упрочнение материалов деформации.

^ Появление противодействующих напряжений от скопления дислокаций у частиц. При увеличении степени деформации механизм Орована становится недостающим для описания процессов взаимодействия дислокаций с частичкой. Развитию скольжения препятствует напряжение k Повышение прочности или упрочнение материалов от скопления дислокаций около частички, направленное против  (рис. 12).



^ Рис.12. Скопление дислокаций у частички


Потому для преодоления противодействия от скопления дислокаций около частички напряжение  должно возрости на Δ.

Время от времени головная дислокация в скоплениях у частички Повышение прочности или упрочнение материалов (принимая во внимание то, что полосы дислокаций гибкие) огибает частичку с образованием вокруг нее дислокационного кольца. При всем этом скольжение других дислокаций еще более затрудняется и крепкость увеличивается.

Разглядим сейчас раздельно методы дисперсионного Повышение прочности или упрочнение материалов и дисперсного упрочнения на определенных примерах.

^ Дисперсионное упрочнение легированной стали

При отпуске закаленной легированной стали протекают два обратных процесса: разупрочнение вследствие распада мартенсита и упрочнение в итоге выделения дисперсных частиц особых карбидов. Дисперсные Повышение прочности или упрочнение материалов карбидные частички увеличивают прочностные свойства стали, потому что являются действенными препятствиями на пути движения дислокаций. Эффективность упрочнения обусловливается количественным соотношением процессов разупрочнения и упрочнения.

На рис. 13 приведена схема, иллюстрирующая Повышение прочности или упрочнение материалов соотношение процессов разупрочнения и упрочнения при отпуске легированного карбидообразующими элементами мартенсита. Если увеличение прочности |+д.ч| в итоге выделения дисперсных частиц карбидов (рис. 13, кривая 1) превосходит разупрочнение |-т.р| твердого раствора при отпуске (рис Повышение прочности или упрочнение материалов. 13, кривая 2) при повышении температуры от t1 до t2, то суммарное изменение прочности стали (рис.13, кривая 3) будет характеризоваться наличием пика увеличения прочности. Для приведенного варианта при температуре отпуска t2|+д.ч| > |-т Повышение прочности или упрочнение материалов.р|. Если эффект упрочнения будет меньше, чем эффект разупрочнения, т. е. |+д.ч| < |-т.р|, то на суммарной кривой конфигурации прочности пика не будет, а будет только наблюдаться замедление процесса разупрочнения.



а) б)

Рис Повышение прочности или упрочнение материалов. 13. Изменение прочности из-за выделения дисперсных карбидных частиц (1), вследствие распада мартенсита (2) и суммарное (3) при отпуске закаленной стали: а – |+д.ч| > |-т.р|, б – |+д.ч| < |-т.р|

Для дисперсных частиц определенного фазового Повышение прочности или упрочнение материалов состава соотношение меж упрочнением и разупрочнением, т. е. результирующая крепкость, будет зависеть от содержания легирующего элемента, образующего дисперсную упрочняющую фазу. Чем больше такового элемента выделяется в виде дисперсной фазы, тем больше Повышение прочности или упрочнение материалов упрочнение преобладает над разупрочнением. На рис. 14 показано воздействие содержания ванадия на твердость стали 40 после закалки и отпуска. В стали без ванадия упрочнение благодаря выделению карбида ванадия отсутствует, т. е. VC =0. При 0,25% V Повышение прочности или упрочнение материалов |+VC||-M| и на соответственной кривой после отпуска при 500-600°С наблюдается практически горизонтальная линия. При огромных содержаниях ванадия (0,47; 0,9 и 1,7%) |+VC|>|-M| на кривых наблюдается увеличение прочности, которое именуют пиком вторичной твердости.

Малая концентрация карбидообразующего Повышение прочности или упрочнение материалов элемента, при которой упрочнение преобладает над разупрочнением, находится в зависимости от содержания углерода и типа образуемого карбида. Так, в низкоуглеродистой стали (0,1-0,15 % С) пик вторичной твердости возникает при 0,1-0,2 % V либо 0,08-0,12 % Nb Повышение прочности или упрочнение материалов, либо 2,5-3,0 % Сr.

Из приведенных примеров видно, что для различных содержаний частей, образующих дисперсную упрочняющую фазу, кривые конфигурации прочности однотипны. Они различаются только тем, что при большенном количестве дисперсных частиц на кривых наблюдается максимум вторичной Повышение прочности или упрочнение материалов твердости, а при малом количестве его нет, но при всем этом происходит замедление падения прочности. В первом случае явление увеличения прочности обычно охарактеризовывают термином дисперсионное твердение, а во 2-м – термином дисперсионное Повышение прочности или упрочнение материалов упрочнение. Термин «дисперсионное упрочнение» является более общим, потому что применим к процессам, при которых выделяется хоть какое количество дисперсных упрочняющих частиц, тогда как термин «дисперсионное твердение» – только к процессам с таким количеством Повышение прочности или упрочнение материалов частиц, при котором возникает пик вторичной твердости.



^ Рис. 14. Воздействие температуры отпуска иа твердость стали 40 с различным содержанием ванадия

Дисперсионное упрочнение при отпуске протекает в сталях, легированных сильными карбидообразующими элементами: Cr, Mo Повышение прочности или упрочнение материалов, W, V, Nb, Ti, Zr, также в сталях, в каких упрочняющими фазами являются также нитриды и интерметаллиды.

Стоит отметить, что пик вторичной твердости может быть обоснован и перевоплощением при отпуске остаточного аустенита Повышение прочности или упрочнение материалов в мартенсит (вторичная закалка).

Часто пик вторичной твердости может быть обоснован и дисперсионным упрочнением и вторичной закалкой. Такое явление наблюдается, к примеру, при отпуске быстрорежущих сталей.

^ Дисперсное упрочнение

Дисперсноупрочненным именуют порошковый материал, упрочненный включениями Повышение прочности или упрочнение материалов тугоплавких соединений либо оксидов, вводимых в смесь либо образующихся вследствие внутреннего окисления и не растворяющихся при спекании либо эксплуатации. Таким макаром, более соответствующей особенностью материалов данного класса является наличие в железной базе Повышение прочности или упрочнение материалов мелкозернистых включений фазы-упрочнителя, умеренно распределенных меж частичками металла и химически инертных к ним.

Первым дисперсноупрочненным материалом был, видимо, торированный вольфрам (1913 г., патент Германии), примененный для производства нитей ламп накаливания для электроосвещения.

Главные Повышение прочности или упрочнение материалов работы по созданию жаропрочных дисперсноупрочненных материалов на базе никеля, кобальта, меди, хрома, железа, вольфрама и других металлов были развернуты сначала 60-х годов. Было показано, что более действенное упрочнение обеспечивается Повышение прочности или упрочнение материалов при содержании упрочняющей фазы 3-15% (объемн.), размере ее частиц до 1 мкм (лучше 0,01-0,05 мкм) и среднем расстоянии меж ними 0,1-0,5 мкм. Дисперсноупрочненные материалы сохраняют микрогетерогенное строение и дислокационную субструктуру, формирующуюся в процессе их деформации и термообработки, а как Повышение прочности или упрочнение материалов следует, и работоспособность прямо до 0,9-0,95 Тпл матрицы.

При разработке дисперсноупрочненного материала решают четыре главные задачки:

  1. выбор фазы-упрочнителя и ее большого содержания;

  2. выбор метода введения фазы-упрочнителя в матрицу Повышение прочности или упрочнение материалов;

  3. выбор метода получения малогабаритного материала;

  4. выбор режимов ТО и ТМО спеченных материалов.

Требования к фазе-упрочнителю:

- высочайшая свободная энергия образования;

- малая скорость диффузии компонент фазы в матрицу и малая растворимость их в ней Повышение прочности или упрочнение материалов;

- высочайшая чистота и большая суммарная поверхность частиц дисперсной фазы.

К упрочняющим фазам с такими качествами можно отнести Al2O3,SiO2,ThO2, HfO2, ZrO2, Cr2O3 и другие оксиды, карбиды и нитриды переходных металлов, интерметаллиды Повышение прочности или упрочнение материалов типа Ni3AI, MnAI6, некие тугоплавкие металлы.

Допустимое объемное содержание упрочняющей фазы определяется технологическими способностями получения равномерного рассредотачивания ее частиц избранной дисперсности.

Метод введения частиц фазы-упрочнителя в матрицу находится Повышение прочности или упрочнение материалов в зависимости от выбора типа структуры дисперсноупрочненного материала, которая может быть дисперсной (рис. 15, а) либо агрегатной (рис. 15, б); в реальных материалах эти структуры сосуществуют, хотя стремятся к более предпочтительной дисперсной структуре.




a) б Повышение прочности или упрочнение материалов)

Рис. 15. Типы структур в дисперсноупрочненных материалах: а -дисперсная; б -агрегатная

Порошковые консистенции получают последующими методами:

  1. механическим смешиванием порошков металла матрицы и упрочняющей фазы;

  2. механическим смешиванием порошков оксидов металла и упрочняющей фазы Повышение прочности или упрочнение материалов с следующим восстановлением оксида металла-основы;

  3. поверхностным окислением порошка основного металла;

  4. хим смешиванием, предусматривающим совместное осаждение солей и их следующее (после прокалки) восстановление с образованием металла и сохранением оксида фазы-упрочнителя;

  5. внутреннее окисление либо азотирование Повышение прочности или упрочнение материалов порошков.

1-ые три способа позволяют получить в большей степени агрегатную структуру, а следующие два - дисперсную.

Ниже приведены сведения о технологии и свойствах дисперсноупрочненного никелевого сплава.

Дисперсноупрочненный никель и его сплавы, сначала Повышение прочности или упрочнение материалов нихром, обширно используются в авиастроении, хим машиностроении, галлактической и других новых отраслях техники, где нужны жаропрочные материалы, стойкие к воздействию разных брутальных сред.

Более отлично упрочнение никеля тугоплавкими оксидами, потому что Повышение прочности или упрочнение материалов растворимость в нем при 1200°С кислорода составляет около 0,01 %, а углерода и азота добивается уже 0,3 - 0,4 %. Наилучшими упрочнителями являются ThО2, HfО2, ZrО2,V2О3.

Консистенции матричного металла и фазы-упрочнителя готовят механическим либо хим Повышение прочности или упрочнение материалов смешиванием, также внутренним окислением.

Начальными материалами при механическом смешивании служат порошок никеля с размером частиц 10 мкм, порошки легирующих металлов (вольфрама, молибдена, хрома и др.) с размером частиц 5-20 мкм и лигатур никель-алюминий либо Повышение прочности или упрочнение материалов никель - титан, порошок оксида-упрочнителя. Смешивание проводят в смесителях всех типов.

В забугорной практике промышленного производства порошков никеля с умеренно распределенными частичками тугоплавких оксидов большее распространение получили водородное восстановление в смесях и Повышение прочности или упрочнение материалов хим осаждение из смесей солей с следующей прокалкой и селективным восстановлением оксида металла матрицы.

Приготовленную порошковую шихту прессуют в пресс-формах при 400 - 600 МПа, формуют в гидро- и газостатах либо подвергают прокатке. Спекание проводят Повышение прочности или упрочнение материалов при 1200-1300 °С в водороде в течение 2 ч, а потом заготовки подвергают жаркой экструзии при 750 - 800 °С либо прокатке. Последующую переработку полуфабрикатов проводят волочением, ротационной ковкой либо прокаткой.


^ 3. Зернограничное упрочнение

Границы зернышек Повышение прочности или упрочнение материалов служат препятствиями для движения дислокаций. Если в зерне с подходящей ориентировкой достигается напряжение, нужное для работы источника дислокаций, ранее, чем в примыкающем кристалле, тогда в благоприятно направленном зерне происходит сначала движение, а Повышение прочности или упрочнение материалов потом и скопление дислокаций, пришедших к границе зерна. Возникающие поля напряжений накладываются на наружные: это может привести к тому, что в примыкающих зернах будет достигнуто напряжение текучести. Таким методом распространяется пластическая деформация в Повышение прочности или упрочнение материалов примыкающие зерна. Процесс затрудняется, когда размер зерна миниатюризируется, число скопившихся на границах зернышек дислокаций миниатюризируется, уменьшаются поля напряжений, но главное — возрастает набор разориентировок зернышек, что суммарно делает границы более действенным препятствием.

Увеличение прочности оценивается Повышение прочности или упрочнение материалов по соотношению Холла-Петча – эмпирическому соотношению меж размером зерна и пределом текучести для поликристаллических материалов (зависимость справедлива только для незапятнанных металлов либо сплавов без субструктуры и без вторых фаз).

σт = σo+k Повышение прочности или упрочнение материалов d-1/2,

где σт — предел текучести; σo — напряжение трения решетки (напряжение начала движения дислокации, когда d — поперечник зерна → ∞ → переход в монокристалл); k – константа (учитывающая воздействие структуры границ зернышек, степени закрепления Повышение прочности или упрочнение материалов дислокаций, легирования).


^ 4. Деформационное упрочнение

Деформационное упрочнение (наклеп, нагартовка) металлов – непрерывное увеличение приведенного напряжения сдвига по мер роста пластической деформации. Наклеп характеризуется кривой деформационного упрочнения (рис.16).



Рис. 16.

Можно выделить три соответствующих участка:

- 0a – соответствует Повышение прочности или упрочнение материалов упругой деформации;

- ab – стадия слабенького упрочнения. Происходит легкое скольжение дислокаций в системах скольжения с наибольшим фактором Шмида cosφcosα=0,5. Торможения дислокаций нет. Для поликристаллических материалов эта стадия отсутствует, т.к. дислокации тормозятся на границах Повышение прочности или упрочнение материалов зернышек. Плотность дислокаций в т. b составляет 107-108 см-2.

- bc – стадия значимого упрочнения. Происходит множественное скольжение дислокаций в системах с фактором Шмида наименее 0,5, их скрещение, образование порогов, диполей, генерация дислокаций источниками Франка Повышение прочности или упрочнение материалов-Рида, увеличение их плотности до 1011-1012 см-2.

-cd – динамический возврат. По мере роста напряжения винтообразные дислокации начинают совершать поперечное скольжение, обходя препятствия. Наблюдается понижение коэффициента упрочнения. Точка d соответствует моменту зарождения трещинок в металле.

Деформационное Повышение прочности или упрочнение материалов упрочнении обширно употребляется для получения прочной проволоки с содержанием 0,8-0,9 % С. Структура стали должна представлять собой феррито-карбидную смесь тонко пластинчатого строения. Такая структура может быть получена способом патентирования.

Холоднодеформированная патентированная проволока обширно Повышение прочности или упрочнение материалов употребляется для производства пружин, в каких используют деформационное старение для увеличения предела текучести (предела упругости) и релаксационной стойкости.

Проволока особо высочайшей прочности (>3500 МПа) примениется для производства тросов, прядей и других изделий Повышение прочности или упрочнение материалов, работающих в главном при осевых нагрузках.

Необходимо подчеркнуть, что нагартовку не считают действенным методом увеличения жаропрочности незапятнанных металлов. В металлах технической чистоты при температурах выше (0,3...0,35) Тпл активно развивается полигонизация, а выше (0,35...0,45) Тпл Повышение прочности или упрочнение материалов – рекристаллизация, вызывающие снятие нагартовки.


^ 5. Создание монокристаллических материалов

Крепкость материалов находится в зависимости от плотности дислокаций (рис. 17)



Рис. 17. Зависимость прочности железа от плотности дислокаций


Усы

В железных нитевидных кристаллах, фактически не имеющих изъянов, достигнута Повышение прочности или упрочнение материалов крепкость, близкая к теоретической. Предел прочности нитевидного кристалла незапятнанного железа поперечником 0,1 мкм составляет 13360 МПа, тогда как обыденный монокристалл железа, содержащий недостатки структуры, имеет предел прочности 300 МПа.

^ Методы получения усов:

1. Восстановление различного рода Повышение прочности или упрочнение материалов соединений металлов. В качестве начальных материалов употребляют галогениды, сульфиды и оксиды, восстанавливаемые газообразным либо жестким восстановителем. Усы вырастают при определенных критериях восстановления (температура, парциальное давление восстанавливаемого соединения, характеристики восстановителя и др.), при Повышение прочности или упрочнение материалов этом большая часть кристаллов при хороших критериях процесса получаются гладкими и прямыми, поперечник их 1-20 мкм. Так, температура восстановления галогенидов составляет для меди 650 °С, железа 730-760 °С, никеля 740 °С, марганца 940 °С, кобальта 750 °С. Увеличение Повышение прочности или упрочнение материалов температуры восстановления сверх хорошей приводит поначалу к появлению пластинчатых образований, а потом к росту больших, отлично развитых кристаллов, усы не образуются.

2. Выкармливание из пересыщенной газовой фазы. Потому что в данном случае усы вырастают Повышение прочности или упрочнение материалов вследствие притока атомов из газовой фазы, то с увеличением температуры скорость роста и поперечник усов растут. Процесс проводят в за ранее вакуумированном сосуде, по длине которого делают перепад температур, зависящий от нрава материала Повышение прочности или упрочнение материалов получаемых усов. Испарением в вакууме с следующей конденсацией паров получают усы цинка, серебра, платины, бериллия, кремния и других металлов.

3. Выкармливание усов в жесткий фазе. Установлено, что на поверхности листов многих металлов (железа, меди Повышение прочности или упрочнение материалов, серебра, платины, магния, вольфрама, латуни и др.) при нагреве образуются волокнистые кристаллы поперечником и длиной 1-2 мкм. Более увлекателен способ ускоренного выкармливания усов под давлением (способ Фишера). Железную пластинку шириной 0,3 мм покрывают электролитическим Повышение прочности или упрочнение материалов слоем олова шириной 5 мкм и зажимают меж 2-мя жесткими железными пластинками; края приобретенного эталона шлифуют и полируют. Под действием давления, приложенного к железным пластинкам, на полированных краях слоя олова происходит Повышение прочности или упрочнение материалов ускоренный рост усов, достигающих в длину 5 мм при 215 °С. После удаления усов с поверхности их рост начинается опять на прежних местах, что показывает на наличие фиксированных источников роста усов. Поперечник получаемых усов 0,05 - 5 мкм.

^ Направленная Повышение прочности или упрочнение материалов кристаллизация

Сравнимо новое направление в обеспечении больших прочностных и жаропрочных параметров – направленная кристаллизация. Суть этого способа состоит в том, что при фасонном литье в оболочковые формы создается направленный теплоотвод, который обеспечивает Повышение прочности или упрочнение материалов рост дендритных кристаллов в одном направлении. Формирующаяся при всем этом направленная структура представлена параллельными друг дружке тонкими длинноватыми столбчатыми кристаллами, которые ориентируют в направлении деяния больших напряжений. Такая ориентация зернышек приводит Повышение прочности или упрочнение материалов к существенному увеличению сопротивления межкристаллитному излому при завышенных температурах, что содействует более высочайшей жаропрочности. Основная задачка получения качественных направленно-закристаллизованных сплавов заключается в том, чтоб вызвать рост столбчатых кристаллов в более прибыльной кристаллографической ориентации, обеспечивающей Повышение прочности или упрочнение материалов лучший комплекс параметров.

Еще больше перспективны материалы из жаропрочных сплавов с монокристаллической матрицей. В изделиях из таких материалов устранены более слабенькие места структуры — границы зернышек. Монокристаллические лопатки для ГТД Повышение прочности или упрочнение материалов получают направленной кристаллизацией на монокристаллической затравке определенной ориентации. Способами литья с направленной кристаллизацией удается повысить ресурс лопаток с поликристаллической структурой вдвое, а с монокристаллической – вчетверо. Но следует учесть, что не все сплавы дают Повышение прочности или упрочнение материалов этот эффект.


^ 6. Создание нанокристаллических материалов

Различие параметров нанокристаллических и крупнозернистых поликристаллических веществ связано с разной величиной кристаллитов и очень развитыми границами раздела, содержащими до 50 % атомов нанокристалла. В текущее время многие исследователи малогабаритных нанокристаллических материалов Повышение прочности или упрочнение материалов считают, что специфичность их параметров (в особенности механических) сначала обоснована протяженностью и специфичным строением границ раздела. По этой причине исследование микроструктуры малогабаритных нанокристаллических веществ сосредоточено в главном на выяснении особенностей строения Повышение прочности или упрочнение материалов межзеренных границ.

^ Границы раздела в компактированных наноматериалах

В простом случае нанокристаллический материал содержит два компонента, различающихся по структуре: упорядоченные зерна (кристаллиты) размером 5-20 нм и межкристаллитные границы шириной до 1,0 нм (рис. 18). Все кристаллиты имеют Повышение прочности или упрочнение материалов схожую структуру и различаются только собственной кристаллографической ориентацией и размерами. Структура границ раздела определяется типом межатомных взаимодействий и обоюдной ориентацией примыкающих кристаллитов. Различная ориентация примыкающих кристаллитов приводит к некому снижению плотности Повышение прочности или упрочнение материалов вещества в границах раздела.



^ Рис. 18. Двумерная модель атомной структуры нанокристаллического материала,

Не считая того, атомы, принадлежащие границам раздела, имеют другое наиблежайшее окружение, чем атомы в кристаллитах. Ширина границ раздела, определенная различными способами на Повышение прочности или упрочнение материалов разных малогабаритных нанокристаллических материалах, составляет от 0,4 до 1,0 нм.

Согласно начальным модельным представлениям, структура межкристаллитного вещества характеризуется произвольным размещением атомов и отсутствием не только лишь далекого порядка, да и близкого. Такое состояние ряд создателей окрестили Повышение прочности или упрочнение материалов газоподобным (gas-like structure).

Потом было установлено, что структура границ раздела в наноматериалах близка к такой в обыденных поликристаллах, и степень порядка во обоюдном расположении атомов в границах раздела существенно Повышение прочности или упрочнение материалов выше, чем подразумевали ранее.

Исследование близкого порядка в нанокристаллическом компактированном кобальте со средним размером кристаллитов 7 нм показало, что эталоны содержали приблизительно 70 % неупорядоченной бесформенной фазы и около 30 % упорядоченной кристаллической фазы, при этом неупорядоченная фаза Повышение прочности или упрочнение материалов, расположенная по границам зернышек, не имеет специфичных особенностей, присущих неупорядоченной газоподобной фазе.

В текущее время ясно, что модель газоподобной структуры не соответствует реальному строению границ раздела в нанокристаллических материалах. Кандидатурой ей является представление Повышение прочности или упрочнение материалов о неравновесных границах раздела, владеющих завышенной энергией из-за наличия дислокаций конкретно в границах раздела и дисклинаций в тройных соединениях.


Дисклинации

Как понятно, вместе с дислокациями, еще одним типом линейных изъянов конденсированных Повышение прочности или упрочнение материалов сред являются дисклинации. Если значение дислокаций в современной физике отлично понятно, то представление о дисклинациях начало завоевывать позиции в теоретической физике сравнимо не так давно. Одной из главных обстоятельств недостающего внимания к дисклинациям Повышение прочности или упрочнение материалов являлось то, что присутствие единичных совершенных дисклинаций добивалось энергетически нерентабельных огромных поворотов решетки. Но со временем отношение к дисклинациям поменялось, так как на базе дисклинационных представлений совсем естественно разъясняется наличие нелегальной законами Повышение прочности или упрочнение материалов традиционной кристаллографии, но все же встречающейся в природе пятерной и семерной псевдосимметрии в маленьких кристаллитах. Не считая того, как демонстрируют последние исследования, физико-механические свойства целого ряда топологически неупорядоченных сред и Повышение прочности или упрочнение материалов нанокристаллических материалов допускают описание в рамках дисклинационных представлений. В связи с этим, построение феноменологических динамических моделей дисклинаций, позволяющих количественно оценить воздействие динамики дисклинаций на физические свойства упругих сред, представляется животрепещущим.

Дислокации связаны Повышение прочности или упрочнение материалов с трансляционным смещением частей кристалла на вектор Бюргерса b, т. е. являются линейными несовершенствами трансляционного типа. Есть также линейные недостатки, обусловленные поворотом частей кристалла на вектор поворота , которые представляют собой линейные недостатки Повышение прочности или упрочнение материалов ротационного типа – дисклинации.

Разглядим некие особенности строения дисклинации (рис. 19). Если надрезать цилиндрический кристалл и раздвинуть кромки разреза вокруг оси z на угол , то возникнет щель в форме клина (рис. 19, а), которую Повышение прочности или упрочнение материалов можно заполнить материалом, подобно тому, как вводилась лишняя экстраплоскость при образовании краевой дислокации. Из кристалла можно также извлечь его часть в виде клина, а кромки разреза повернуть друг к другу вокруг оси Повышение прочности или упрочнение материалов z на угол . Образовавшаяся в кристалле граница является клиновой дисклинацией с вектором поворота, нацеленным повдоль оси z.

Дисклинация именуется полной, если вектор поворота соответствует повороту симметрии данного кристалла. В данном случае со Повышение прочности или упрочнение материалов равен ±π/2 либо ±π/3. Зависимо от типа симметрии, т. е. от значения со различают 60 (рис. 19, в) и 90-градусные (рис. 19, г) клиновые дисклинации. Линия дисклинации проходит через точку А, совмещенную с осью поворота. Центральный атом Повышение прочности или упрочнение материалов в точке А окружен наименьшим количеством соседей, чем другие атомы. Решетка поблизости дисклинации искажена под действием сжимающих и растягивающих напряжений.

Если надрезать цилиндрический кристалл и поворачивать кромки разреза на вектор поворота, перпендикулярный к Повышение прочности или упрочнение материалов поверхности разреза, т. е. параллельный оси у, то появляется дисклинация кручения (рис. 19, б). Схема расположения атомов в районе дисклинации кручения показана на рис. 19, д).

Чертами дисклинации служат пространственное размещение полосы дисклинации и Повышение прочности или упрочнение материалов вектор поворота. У клиновых дисклинаций будет различный символ в случае, когда векторы поворота равны по величине и обратны по направлению. Клиновая дисклинация имеет положительный символ, если она образована извлечением клина из кристалла, и Повышение прочности или упрочнение материалов отрицательный – при внедрении клина в кристалл.




^ Рис. 19. Схемы образования дисклинаций и расположения атомов в районе дисклинаций различных типов:АА' — линия дисклинации


Возникновение дисклинации увеличивает внутреннюю энергию кристалла. Расчетами установлено, что дисклинация имеет Повышение прочности или упрочнение материалов энергию, превосходящую энергию дислокации практически на четыре порядка, потому дисклинации образуются сложнее, чем дислокации.

Дисклинации ведут взаимодействие вместе. Две дисклинации 1-го знака, как и дислокации, отталкиваются, различных символов — притягиваются. Сила взаимодействия клиновых дисклинации Повышение прочности или упрочнение материалов приблизительно вчетверо больше, чем дисклинации кручения.

Нрав взаимодействия дисклинации с дислокациями находится в зависимости от обоюдной ориентации вектора поворота и вектора Бюргерса и расположения дислокации:

  1. Переползание и скольжение дислокации.

  2. Вращение дислокации, которое Повышение прочности или упрочнение материалов приводит к сдвигу части кристалла на угол  относительно начального положения.

  3. Скрещение дисклинации передвигающейся дислокацией. Приводит к образованию порогов.

  4. Поглощение дислокации дисклинацией с образованием дисклинационно-дислокационного комплекса.

Дисклинации ведут взаимодействие Повышение прочности или упрочнение материалов с точечными недостатками. Вакансия притягивается к отрицательной клиновой дисклинации и отталкивается от положительной. Как и дислокации, дисклинации переползают в кристалле, поглощая либо испуская точечные недостатки.

Дисклинации появляются в кристалле при пластической деформации. Источник дисклинаций аналогичен Повышение прочности или упрочнение материалов источнику дислокаций Франка – Рида.

^ Модель расщепляющихся дисклинаций.

  1. Объемное расщепление на дисклинаций наименьшей мощности (рис. 20, б); в данном случае происходит локальная аморфизация области тройного стыка.

  2. Расщепление на наименее массивные дисклинации, расположенных по границам Повышение прочности или упрочнение материалов примыкающих зернышек (рис. 20, в).

  3. Линейное расщепление на ряд дисклинаций наименьшей мощности, расположенных повдоль границы зерна (рис. 20, г).

Расщепление дисклинаций в границах раздела нанокристаллических материалов является действенным каналом релаксации упругой энергии Повышение прочности или упрочнение материалов, оно сопровождается конфигурацией структуры границ раздела (возникновением изъянов упаковки), уменьшает возможность зарождения микротрещин поблизости границы раздела и провоцирует зернограничную диффузию.

В целом наличие дальнодействующего поля упругих напряжений является, вместе с малым размером зернышек Повышение прочности или упрочнение материалов и большой протяженностью границ раздела, основной особенностью нанокристаллических материалов.


^ Упрочнение нанокристаллических материалов

Уменьшение размера зернышек является известным методом увеличения прочностных параметров материалов. Он описывается выражением Холла-Петча:


σт = σo+k d-1/2.


Исследование Повышение прочности или упрочнение материалов зависимостей напряжение – деформация на компактированных образчиках нанокристаллических Pd (d = 5-15 нм) и Сu (d = 25-50 нм) показало, что предел текучести σт нанокристаллических металлов в 2-3 раза выше, чем крупнозернистых металлов.

Но в наноматериалах правило Холла-Петча действует Повышение прочности или упрочнение материалов до определенного предела. Так, в нанокристаллических сплавах Fe–Si–В, Fe–Со–Si–В, Fe–Сu–Nb–Si–В и Pd–Сu–Si, приобретенных кристаллизацией бесформенных сплавов, уменьшение размера d частиц Повышение прочности или упрочнение материалов выделяющихся дисперсных фаз от 30-35 до приблизительно 10 нм сопровождается ростом предела текучести σт, тогда как при предстоящем уменьшении d он понижается.

Крепкость на растяжение нанокристаллических металлов в 1,5-8 раз выше, чем крупнозернистых металлов. Основной предпосылкой Повышение прочности или упрочнение материалов этого могут быть обусловленные малым размером зернышек затруднения в образовании и движении дислокаций и наличие дальнодействующего поля упругих напряжений. Пластическая деформация в наноматериалах, согласно рассмотренной выше модели, обоснована движением дисклинаций Повышение прочности или упрочнение материалов, энергия которых в 10000 раз выше энергии дислокаций.

В целом изменение прочностных параметров мате­риалов при переходе в нанокристаллическое состояние просит углубленного исследования.

Следует также упомянуть о сверхпластичности глиняних наноматериалов. Длительное время сверхпластичность была Повышение прочности или упрочнение материалов мечтой материаловедов, разрабатывающих процессы формирования и деформирования керамики. Сверхпластичность характеризуется только огромным относительным удлинением материала при растяжении. Сверхпластичность керамики в первый раз найдена в 1985 году на поликристаллическом тетрагональном оксиде ZrО2, стабилизированном оксидом Повышение прочности или упрочнение материалов иттрия Y2О3. Позже сверхпластичность следили на двухфазной композиционной керамике Si3N4–SiC и других глиняних материалах.

Сверхпластичность очень принципиальна для получения изделий из глиняних материалов формованием, твердофазным спеканием, жарким прессованием Повышение прочности или упрочнение материалов при довольно низких температурах. Благодаря сверхпластичности достигается высочайшая точность размеров глиняних изделий очень сложной формы, имеющих внутренние полости и поверхности с меняющейся кривизной.

Сверхпластичность керамики в большей степени проявляется при размере зернышек наименее Повышение прочности или упрочнение материалов 1 мкм, при этом размер зернышек должен сохраняться постоянным при повышении температуры как можно подольше. К примеру, в нанокристаллическом компактированном оксиде магния MgO размер зернышек остается практически постоянным при отжиге прямо до Повышение прочности или упрочнение материалов температуры 800—900 К. В оксиде циркония ZrО2 рост зернышек при подъеме температуры угнетается маленькими добавками Y2О3. В двухфазной керамике на базе нитрида и карбида кремния рост зернышек матричной фазы угнетается благодаря дисперсионному выделению Повышение прочности или упрочнение материалов зернышек 2-ой фазы. Факторами, повышающими пластичность керамики, являются также высокоугловая разориентировка границ зернышек и наличие маленького количества межзеренной бесформенной фазы. В нанокристаллическом состоянии некие глиняние материалы, к примеру ТiO2 становятся Повышение прочности или упрочнение материалов пластически деформируемыми уже при комнатной температуре.


^ 7. Трансформационное упрочнение

Возможность получения прочной циркониевой керамики связана с открытием так именуемого эффекта трансформационного упрочнения за счет контролируемого фазового перехода t-ZrO2→m-ZrO2. Суть этого эффекта вытекает из Повышение прочности или упрочнение материалов явления полиморфизма ZrO2, способности стабилизации высокотемпературных t- и c-фаз и мартенситного нрава t→m - перехода.

Особенностью диоксида циркония является его полиморфизм. Незапятнанный ZrO2 при комнатной температуре находится в моноклинной фазе Повышение прочности или упрочнение материалов и при нагреве испытывает фазовые перевоплощения (рис.4).
^ Рис.21. Схема фазовых переходов в чистом диоксиде циркония: m-, t-, c-ZrO2 – моноклинная, тетрагональная, кубическая модификации ZrO2, соответственно
Переход t-ZrO2↔c-ZrO2 имеет диффузионную природу Повышение прочности или упрочнение материалов. Перевоплощение m-ZrO2↔t-ZrO2 протекает по мартенситному механизму и сопровождается большими переменами 5–9%. Такое существенное расширение материала при охлаждении, сопровождающееся растрескиванием, не позволяет получать малогабаритные изделия из незапятнанного ZrO2. По этой Повышение прочности или упрочнение материалов причине практическое значение имеют только твердые смеси разных оксидов на базе ZrO2 или механические консистенции с жесткой матрицей, способной стабилизировать высокотемпературные фазы ZrO2 при низкой температуре.


Фактически эффект трансформационного упрочнения реализуется в этом Повышение прочности или упрочнение материалов случае, когда спеченный материал имеет в собственном составе частички t-ZrO2, способные преобразовываться в m-ZrO2. Возникающие при нагружении трещинкы распространяются в материале до того времени, пока в их фронте не оказываются Повышение прочности или упрочнение материалов частички t-ZrO2. Такая частичка, находящаяся в сжатом (в корундовой матрице) либо в когерентносвязанном с матрицей (при доминировании в составе материала c-ZrO2) состоянии устойчива к t→m - переходу даже при низких температурах Повышение прочности или упрочнение материалов. Попав в поле напряжений в верхушке распространяющейся трещинкы, частичка получает энергию, достаточную для перевоплощения. Таким макаром, энергия распространяющейся трещинкы перебегает в энергию t→m - перехода и трагический рост трещинкы прекращается Повышение прочности или упрочнение материалов.

С открытием упрочняющего воздействия фазового t→m - перехода циркониевые керамики являются предметом бессчетных исследовательских работ. Циркониевые керамики из-за собственной возможности создавать методом добавок разных оксидов и используемых режимов выдержки при спекании и Повышение прочности или упрочнение материалов отжига нередко обозначаются как «керамические стали».


^ 8. Композиционные материалы

Разные виды композиционных материалов:

а) Упрочненные непрерывными волокнами. Наибольший эффект упрочнения (в продольном направлении относительно растягивающего напряжения). Напряжение конкретно воспринимается волокнами (рис. 22, а Повышение прочности или упрочнение материалов);

б) Упрочненные прерывающимися волокнами. Предназначение матрицы — распределить напряжение на все волокна (рис. 22, б);

в) Упрочненные нуль-мерными наполнителями. Равномерное рассредотачивание напряжений при равномерном внедрении частиц наполнителя в объем матрицы (рис. 22, в).



а) б) в Повышение прочности или упрочнение материалов)

Рис. 22. Виды композитов


Перечень литературы

  1. Механические характеристики металлов: учебное пособие/ М. Л. Берштейн, В. А. Займовский. – М., 1979. – 495 с.

  2. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термообработка цветных металлов и сплавов. – М Повышение прочности или упрочнение материалов.: МИСИС, 2005. – 432 с.

  3. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия н материаловедение. Справ, изд. Пер. с нем. М.1 Металлургия, 1982. 480 с., (С.19-24, 90-108).

  4. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Особые стали. – М.: Металлургия, 1985. – 408 с Повышение прочности или упрочнение материалов., (С. 107-117, 218-240).

  5. Либенсон Г.А. Создание порошковых изделий. – М.: Металлургия, 1990. – 240 с., (С.168-181).

  6. Бельченко Г.И., Губенко С.И. Базы металлографии и пластической деформации стали. – Вища шк. Головное изд., 1987. – 240 с., (С. 13-41, 66-110).

  7. Гусев А Повышение прочности или упрочнение материалов.И. Нанокристаллические материалы: Способы получения и характеристики. – Екатеринбург: УрО РАН, 1998. – 178 с.,(С. 116-145).

  8. Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение: Учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 384 с., (С Повышение прочности или упрочнение материалов. 29-35, 112-120)

  9. Матренин С.В., Слосман А.И, Техно керамика: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. 75 с., (С. 36-42).








povest-o-savve-grudcine.html
povest-o-svyatom-graale-referat.html
povest-pod-nazvaniem-kto-zabral-moj-sir.html