Что такое дисперсионное твердение

дисперсионное твердение

Полезное

Смотреть что такое «дисперсионное твердение» в других словарях:

дисперсионное твердение — выдерживание (бетона) — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы выдерживание (бетона) EN ageingaging … Справочник технического переводчика

ДИСПЕРСИОННОЕ ТВЕРДЕНИЕ — повышение твёрдости и прочности при старении и отпуске сплавов, что обусловлено выделением из пересыщенных твёрдых р ров мельчайших (дисперсных) частиц новой фазы … Большой энциклопедический политехнический словарь

Дисперсионное твердение — процесс выделения упрочняющих фаз в дисперсной форме из пересыщенного закалленого твердого раствора металла, происходящий при старении металлов. При дисперсионном твердении вероятны следующие стадии процесса: перемещение атомов выделяющейся фазы… … Энциклопедический словарь по металлургии

ДИСПЕРСИОННОЕ ТВЕРДЕНИЕ — процесс выделения упрочняющих фаз в дисперсной форме из пересыщенного закаленного твердого раствора металла, происходящий при старении металлов. При дисперсионном твердении вероятны следующие стадии процесса: перемещение атомов выделяющейся фазы… … Металлургический словарь

Твердение металлов — [hardening] повышение прочности сталей и сплавов, связанное с выделением дисперсных частиц вторичных фаз (карбидов, нитридов, их комплексных соединений карбонитридов, интерметаллидов) и изменение структуры матрицы при распаде пересыщенного… … Энциклопедический словарь по металлургии

вторичное твердение — [secondary hardening] увеличение твердости закаленных сталей, легирующими карбо и нитридообразующими элементами, при отпуске в результате образования в структуре кластеров из атомов легирующего элемента и С (N), а также мелкодисперсных частиц… … Энциклопедический словарь по металлургии

Тинидур — Сталь Тинидур … Википедия

Упрочнение сплавов — Упрочнение сплавов технологический процесс обработки сплавов химических элементов с целью повышения их прочности. Разделяют следующие способы упрочнения сплавов: Наклёп Перекристаллизация; Дисперсионное твердение; Мартенситное превращение.… … Википедия

Старение металлов — изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной… … Большая советская энциклопедия

РАЗУПРОЧНЕНИЕ — процесс понижения прочности и повышения пластичности материалов, предварительно упрочнённых в результате наклёпа, термич. обработки (для сталей закалка с низкотемпературным отпуском, а для сплавов с ограниченной растворимостью, зависящей от темп… … Физическая энциклопедия

Источник

Дисперсионное твердение – эффективное направление синтеза конструкционных сплавов

Настоящая статья подготовлена специально для широкого круга конструкторов и технологов машиностроения, металлургов и металловедов с целью напомнить о существовании особой группы металлических сплавов – дисперсионно твердеющих (стареющих), особенностях их изготовления, тонкой структуре и свойствах. Речь пойдет о цветной металлургии, а еще точнее, – о медных низколегированных тепло– и электропроводных жаропрочных сплавах. Этот акцент сделан по нескольким причинам.

Во–первых, дисперсионно твердеющие сплавы – это классические наноструктурные или нанофазные материалы, которые были открыты более сотни лет назад (1906 год). Фазовые выделения в этих сплавах до недавнего времени измеряли в ангстремах (величина, на порядок меньше нанометра), а другие структурные составляющие или толщину объектов (покрытий) – в микрометрах или их долях. Правда, нанометр проще выговаривать, чем ангстрем. Это, наверно, так.

Во–вторых, имеется солидный опыт синтеза дисперсионно твердеющих сплавов, успешно эксплуатируемых на протяжении десятков лет вплоть до настоящего времени, что, учитывая современный уровень отечественной промышленности, говорит о многом.

В–третьих, разработаны новые материалы, свойства которых хотелось бы показать, решительно отвергая довольно широко озвученное мнение некоторых известных «специалистов» о бесперспективности синтеза новых металлических материалов на основе использования ранее известных теоретических основ и методов упрочнения.

Рис. 1. Классификация наноматериалов по структуре.

В–четвертых, хотелось бы возразить автору статьи [1] что нельзя до бесконечности рассуждать о классификации наноматериалов, при этом путая принадлежность конструкционных материалов к различным группам. Так и хочется упомянуть фразу из когда-то популярного анекдота: «. делом нужно, наконец, заниматься. Делом. ».

Структурной классификации наноматериалов, приведенной на рис. 1, вполне достаточно для полного представления о всех принципиальных их вариантах [2].

В цветной металлургии наиболее широко проводятся исследования и уже достигнуты ощутимые результаты в этой области в основном на меди, алюминии и композициях на их основе, будь то модельные материалы или реальные изделия.

Миниатюризация или даже возможность создания новых совершенных изделий, приборов, устройств с применением наноструктурных материалов, обладающих заданным сочетанием свойств, – важнейшая решаемая проблема современной промышленности, но далеко не единственная.

В настоящее время практически ни одним из перечисленных выше «наноприемов», кроме дисперсионного твердения, нельзя решить проблему крупногабаритных или длинномерных изделий. К ним относятся кристаллизаторы непрерывного литья и бандажи для получения прутков и проволоки совмещенным методом литья и прокатки, а также аморфных и нанокристаллических лент; электроды и контрэлектроды некоторых типов для контактной и стыковой сварки; радиаторы и составные теплообменные части реактивных двигателей; жаропрочные проводники электрического тока и кабели, износостойкие троллеи и т.д. Сюда же можно отнести и реставрацию изделий машиностроения с применением оплавления присадочных материалов и любую сварку плавлением. Дело в том, что наплавка или сварка сразу же меняют сформированную наноструктуру на литую, со всеми известными ее издержками.

Остаются за пределами многих из перечисленных «наноизысков» и проблемы повышения качества и рентабельности производства проката на заводах ОЦМ. Например, горячая прокатка высокооловянных бронз и холодная – алюминиевых.

В плане решения ряда насущных технологических и металловедческих проблем разработаны технологии, совмещающие горячую пластическую деформацию с закалкой и старение с тепловой деформацией или с кратковременным нагревом под пайку, рабочая температура которой превышает таковую для обычного старения [3]. Для низколегированных медных сплавов реализуется теория необходимости создания многофазных дисперсионно твердеющих сплавов, где каждая из образующихся при кристаллизации и распаде пересыщенного твердого раствора фаз «несет ответственность» за свою температурную область их упрочнения (эстафетное или каскадное упрочнение). Отсюда повышение жаропрочности, температурно-временных параметров эксплуатации и некоторых других физических и механических свойств. Подобное касается как конструкционных, так и проводниковых сплавов (комплекс сплавов типа БрНХК – БрНХК(Ф), МН2,5КоКрХ, БрНХКМгЦр; комплекс сплавов типа БрКоКрХ; сплав БрХНбЦр и др.) [4,6].

В качестве еще одного примера эффективного решения сложной металловедческой и технологической проблемы можно привести следующий. Хорошо известно [5,6], что огневые стенки камер сгорания реактивных двигателей во многих случаях изготавливаются из медного теплопроводного сплава – хромовой бронзы БрХ0,8, которая, как показали испытания, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым для нового, более совершенного двигателя. Эта проблема решалась путем синтеза сложного по составу теплопроводного жаропрочного медного сплава, макроструктура которого в литом состоянии показана на рис. 2, а сравнительные определяющие свойства двух материалов приведены в табл. 1.

Рис. 2. Макроструктура слитков БрХ0,8 (1) и нового сплава (2), полученных в одинаковых условиях.

Таблица 1. Влияние отжига и термоциклирования на время до разрушения образцов при заданных температуре 600 0 С и напряжении 60 МПа

Также эффективно была решена проблема экологически чистых автомобильных медно-латунных радиаторов по программе «CuproBraze», когда синтез новой марки латуни и теплопроводного медного сплава после обработки по режиму пайки безсвинцовым сравнительно высокотемпературным припоем позволил достигнуть механических свойств, превышающих в 1,5 – 2 раза заданные техническим заданием.

Если в настоящее время рассуждать о перспективах применения и распространенности в промышленности машиностроения конструкционных материалов, будь они композитного или структурного (кристаллического) происхождения, объемные или функциональные, нужно в первую очередь озаботиться следующим:

Далее следует напомнить о принципиальных особенностях дисперсионно твердеющих сплавов.

Дисперсионно твердеющие сплавы – это особая группа сплавов, обладающая уникальной способностью упрочняться в результате термической обработки – закалки от высоких (предплавильных) температур с возможно быстрым охлаждением с целью образования пересыщенного твердого раствора с последующим его распадом в результате старения при температуре, составляющей примерно 0,5 от температуры закалки (рис. 3).

Первым обязательным и принципиальным условием, необходимым для проявления эффекта изменения свойств сплавов при дисперсионном твердении, является уменьшение растворимости одной фазовой составляющей в другой с понижением температуры (положение линии сольвус на диаграмме состояния – рис. 3).

Рис. 3. Структура и технологические параметры производства дисперсионно твердеющих сплавов: 1–политермический разрез одной из характерных диаграмм; 2–нагрев под закалку и закалка; 3–холодная деформация; 4–нагрев на старение и старение; 5,6,7–охлаждение после старения в воде, на воздухе или с печью. Схема структуры: а–полностью когерентное выделение; б–частично когерентное выделение; в–некогерентное выделение.

В принципе старение применимо к любому сплаву, в котором может быть получен пересыщенный твердый раствор. Такой раствор стремится к самопроизвольному распаду – выделению из него избытка растворенного компонента. Процесс выделения является типичным диффузионным процессом, ускоряющимся с ростом температуры. Структурные изменения при старении проходят в несколько стадий. Вначале это кластеры, затем зоны Гинье-Престона (ГП), которые еще называют предвыделениями, гомогенно зарождающиеся и равномерно распределенные в зеренной структуре твердого раствора. Запись процесса распада пересыщенного твердого раствора в виде схемы: α → ГП → β′ → β указывает лишь на временную (при постоянной температуре) или температурную (при постоянной временной выдержке) последовательность появления разного типа выделений. Эту запись не следует трактовать так, что зоны ГП всегда превращаются вследствие перестройки решетки β′-фазу, а β′-фаза в β-фазу.

Другое более важное в практическом отношении условие когерентная связь между кристаллическими решетками выделений и матрицы (рис. 4), обеспечивающая высокие механические свойства сплава при старении. К сожалению, это условие выполняется лишь для ограниченного числа сплавов на медной основе и, следовательно, только у этих сплавов изменения свойств при старении достаточно велики для того, чтобы материалы имели практическое применение.

Кроме того, из-за сложных структурных соотношений, возникающих при когерентной связи выделений и матрицы, предсказать поведение сплавов при дисперсионном твердении очень трудно.

Считается, что основной причиной упрочнения при дисперсионном твердении являются упругие напряжения, создаваемые выделениями второй фазы. Заключительная стадия структурных изменений при старении –коагуляция выделений с потерей когерентности (образование частиц фаз –упрочнителей). В настоящее время точно установлено существование в начальной стадии выделения определенной ориентировки частиц и даже скоплений атомов растворенного элемента по отношению к матрице. Если эти выделения и скопления атомов, определенным образом ориентированные по отношению к матричной фазе, вызывают заметные изменения механических свойств в процессе выделения, то значит, они сохраняют когерентную связь с кристаллической решеткой матрицы (рис. 4).

Однако, одного только присутствия второй фазы, имеющей другой удельный объем, недостаточно для упрочнения. Оно в основном связано с развитием микроскопических внутренних напряжений, обусловленных локальной заменой атомов элемента–растворителя в кристаллической решетке атомами растворенного вещества, имеющими другой объем (рис. 3). С точки зрения теории дислокаций процесс можно представить как повышение сопротивления движению дислокаций в кристалле. Дислокации, перемещаясь в кристалле, встречают области кристалла, структура которых искажена за счет внутренних напряжений. Поэтому вместо того, чтобы проходить через такие области, дислокации при движении огибают районы с искаженной структурой и перемещаются по траектории, энергетически более выгодной. Таким образом, процесс упрочнения связан с дополнительной силой, необходимой для изгиба дислокаций.

Николаев А.К., профессор, д.т.н.,
журнал «РИТМ», апрель 2011 г.

Задайте нам свой вопрос и мы подробно расскажем о нашей продукции, услугах, рассчитаем стоимость и подготовим индивидуальное предложение!

Источник

Деформационное старение и дисперсионное твердение металлов

Эти процессы имеют много общих черт с точки зрения влияния на свойства металлов, и поэтому они часто рассматриваются как одно явление — старение.

Деформационное старение — это процесс изменения механических свойств холоднодеформированного металла после длительного вылеживания или кратковременных нагревов до 100—300 °С.

Определяющую роль при протекании деформационного старения играют диффузионные процессы. При комнатных температурах эффект деформационного старения может проявиться через очень длительное время (месяцы и годы), а при нагреве — за 0,5—2 ч.

Увеличение степени предварительного наклепа (пластической деформации) с последующим старением приводит к повышению характеристик прочности и снижению характеристик пластичности и ударной вязкости, причем это изменение затухает при деформации, равной — 10 %.

При пластическом деформировании сталей перлитного класса скольжение возникает в первую очередь в ферритных зернах, поэтому малоуглеродистые стали наиболее склонны в деформационному старению, так как в последних имеется большое количество структурно свободного феррита. Как установлено, процесс деформационного старения может протекать и при отсутствии структурно свободного феррита в стали за счет феррита, входящего в состав перлита.

В котлостроении в основном используются стали с низким содержанием углерода, и при изготовлении многих деталей паровых котлов (например, при гибке труб) металл получает значительную пластическую деформацию в холодном состоянии без последующей термической обработки. Если такие детали предназначены для работы в температурной области 200—300 °С, то следует иметь в виду, что в них проявится процесс деформационного старения и произойдет значительное снижение ударной вязкости.

Деформационное старение является результатом взаимодействия дислокаций между собой и с растворенными путем внедрения атомами.

Дисперсионным твердением называется процесс упрочнения быстро охлажденного сплава в результате его последующего нагрева Дисперсионное твердение может развиваться только в сплавах, а не чистых металлах, так как оно обусловлено образованием и выпадением из твердого раствора вторичных фаз. В сталях вторичными фазами являются карбиды и интерметаллические соединения.

Если нагретый сплав алюминия с 4% меди медленно охлаждать, то при температуре 500 °С из твердого раствора начинается выпадение химического соединения CuAl2 и при комнатной температуре твердый раствор окажется почти свободным от меди. Твердость медленно охлажденного сплава незначительна (400 Мн/м2).

При быстром охлаждении этого сплава с температуры 500 °С (закалка) выделения CuAl2 из твердого раствора «е успевает произойти, поэтому последний оказывается пересыщенным медью. Твердость сплава, измеренная непосредственно «с после закалки, составляет 600 Мн/м2, а через 24 ч — 800 Мн/м2. Это повышение твердости связано с изменением кристаллической структуры сплава. Рентгеноанализ показывает, что в закаленном сплаве начинается перемещение атомов меди, которые собираются на отдельных гранях кристаллической решетки.

Размеры атома меди меньше, чем у атома алюминия, поэтому медные пластинки имеют малый удельный объем по сравнению с удельным объемом твердого раствора. Это приводит к возникновению внутренних натяжений на границах пластинчатых образований меди. Если учесть, что суммарная поверхность выделенных пластинок меди огромна, то внутренние натяжения вызывают значительное упрочнение всего объема сплава.

При нагревах сплава на 100—150 °С выделение меди из твердого раствора интенсифицируется и пластинки становятся толще, что приводит к увеличению прочности сплава. Нагрев сплава до 200 °С приводит к изменению структуры и дальнейшему росту внутренних напряжений, которые вызывают пластический сдвиг на границе, в результате которого связь между структурами нарушается и происходит выделение из твердого раствора кристаллов CuAl2. Выделившиеся кристаллы CuAl2 сначала настолько мелки, что они обнаруживаются микроскопом только после коагуляции. Рентгеноанализом выпадение кристаллов CuAl2 фиксируется на более ранней стадии процесса.

Выделение кристаллов CuAl2 сопровождается разупрочнением сплава. Таким образом, повышение характеристик прочности (и твердости) при дисперсионном твердении имеет место в первый период этого процесса, когда происходят выпадение вторичных фаз и образование промежуточных структур. Образование конечных структур, свойственных сплаву при его медленном охлаждении, вызывает разупрочнение.

Твердые растворы аустенита при изотермическом распаде после значительного разупрочнения вновь упрочняются. Причиной вторичного упрочнения является выделение из твердого раствора нескольких фаз, время выделения которых не совпадает.

Процесс дисперсионного твердения в сталях происходит значительно сложнее, чем в сплаве алюминия с медью. У сталей выпавшая новая фаза метастабильна, так как в процессе укрупнения кристаллическая структура ее меняется. По данным Г. В. Курдюмова и И. П. Арбузова, кристаллическая решетка карбидов, выпадающих при низкотемпературном отпуске закаленной стали, отличается от кристаллической решетки цементита (Fe3C).

Дисперсионное твердение может развиваться в процессе длительной работы деталей, работающих при высоких температурах, например в аустенитных сталях, которые для получения однородного аустенита подвергаются термической обработке—аустенизации (закалке на аустенит), заключающейся в быстром охлаждении стали, нагретой до 1050—1150 °С. При нагреве до указанных температур легирующие элементы, образующие твердые растворы замещения и внедрения, а также большинство карбидов растворяются в у-железе. Быстрое охлаждение делает у-твердый раствор пересыщенным, поэтому при рабочих температурах происходит выделение из твердого раствора карбидов или интерметаллических соединений.

Если вторичные фазы достаточно мелкодисперсны и равномерно распределены по всему объему стали, то создается максимальное упрочнение металла и повышается сопротивление пластическому деформированию. Однако при коагуляции выпавших фаз начинается процесс разупрочнения («перестарения»). Поэтому иногда целесообразно, чтобы в результате термической обработки выпадение вторичных фаз не заканчивалось, а происходило во время работы детали, что позволит увеличить период времени до наступления перестарения.

Процесс дисперсионного твердения может иногда привести к нежелательным результатам. Концентрация примесей на границах зерен сталей выше, чем в теле зерна, и, кроме того, вследствие более легкого протекания пропроцессов диффузии и самодиффузии образование новой фазы происходит в первую очередь в пограничных зонах.

При коагуляции частиц выпавшей фазы на границах зерен может образоваться пленка хрупкой составляющей, благодаря чему произойдет снижение пластичности, а особенно — ударной вязкости.

Качественный ПВД пакет доступен для заказа при переходе по ссылке. ПВД пакеты для различных сфер применения.

Источник

ДИСПЕРСИОННОЕ ТВЕРДЕНИЕ

повышение твёрдости и прочности при старении и отпуске сплавов, что обусловлено выделением из пересыщенных твёрдых р-ров мельчайших (дисперсных) частиц новой фазы.

Смотреть что такое «ДИСПЕРСИОННОЕ ТВЕРДЕНИЕ» в других словарях:

дисперсионное твердение — выдерживание (бетона) — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы выдерживание (бетона) EN ageingaging … Справочник технического переводчика

дисперсионное твердение — [dispersion hardening] упрочнение сплавов на основе Fe и цветных металлов при отпуске или искусствен старении в результате образования при распаде пресыщенного твёрдого раствора кластеров и (или) мелкодисперсных частиц второй фазы. Многообразие… … Энциклопедический словарь по металлургии

Дисперсионное твердение — процесс выделения упрочняющих фаз в дисперсной форме из пересыщенного закалленого твердого раствора металла, происходящий при старении металлов. При дисперсионном твердении вероятны следующие стадии процесса: перемещение атомов выделяющейся фазы… … Энциклопедический словарь по металлургии

ДИСПЕРСИОННОЕ ТВЕРДЕНИЕ — процесс выделения упрочняющих фаз в дисперсной форме из пересыщенного закаленного твердого раствора металла, происходящий при старении металлов. При дисперсионном твердении вероятны следующие стадии процесса: перемещение атомов выделяющейся фазы… … Металлургический словарь

Твердение металлов — [hardening] повышение прочности сталей и сплавов, связанное с выделением дисперсных частиц вторичных фаз (карбидов, нитридов, их комплексных соединений карбонитридов, интерметаллидов) и изменение структуры матрицы при распаде пересыщенного… … Энциклопедический словарь по металлургии

вторичное твердение — [secondary hardening] увеличение твердости закаленных сталей, легирующими карбо и нитридообразующими элементами, при отпуске в результате образования в структуре кластеров из атомов легирующего элемента и С (N), а также мелкодисперсных частиц… … Энциклопедический словарь по металлургии

Тинидур — Сталь Тинидур … Википедия

Упрочнение сплавов — Упрочнение сплавов технологический процесс обработки сплавов химических элементов с целью повышения их прочности. Разделяют следующие способы упрочнения сплавов: Наклёп Перекристаллизация; Дисперсионное твердение; Мартенситное превращение.… … Википедия

Старение металлов — изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной… … Большая советская энциклопедия

РАЗУПРОЧНЕНИЕ — процесс понижения прочности и повышения пластичности материалов, предварительно упрочнённых в результате наклёпа, термич. обработки (для сталей закалка с низкотемпературным отпуском, а для сплавов с ограниченной растворимостью, зависящей от темп… … Физическая энциклопедия

Источник