Старение металлов - Технология конструкционных материалов
Изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамической неравновесностью исходного состояния и постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной диффузной подвижности атомов. При быстром охлаждении от высоких температур при закалке или после кристаллизации и горячей пластической деформации, металлы и сплавы полностью или частично сохраняют атомную структуру, характерную для высокотемпературного состояния. В чистых металлах неравномерность этой структуры состоит в избыточной (для низких температур) концентрации вакансий (один из видов структурных дефектов кристаллической решетки узел кристаллической решетки, в котором отсутствует атом или ион) и наличии др. дефектов кристаллической структуры. В сплавах неравновесность структуры может быть связана с сохранением фаз, неустойчивых при низких температурах. Наиболее важно старение сплавов, обусловленное процессами распада пересыщенного твердого раствора (однородные кристаллические вещества (фазы), состоящие из двух или большего числа компонентов и сохраняющие однородность при изменении соотношений между компонентами в определенном интервале концентраций). Состояние пересыщения твердого раствора возникает после охлаждения сплавов от высоких температур, поскольку обычно с повышением температуры растворимость примесей (или специально вводимых легирующих элементов) растет.
Имеется большое число сплавов, для которых старение проводится как специальная операция термической обработки и обеспечивает получение комплекса важных механических или физических свойств. Старение, или "дисперсионное твердение", - основной способ упрочняющей термическую обработки сплавов на основе Al, Mg, Cu, Ni. Кроме высокой прочности, стареющие сплавы могут приобретать и др. ценные свойства, например высокую коэрцитивную силу.
При достаточно большой степени пересыщения твердый раствор оказывается полностью нестабильным и его расслоение идет во всей массе материала с образованием сначала неоднородного твердого раствора с непрерывно меняющимся составом, а затем периодически расположенных частиц с четкими границами раздела. Распад такого типа называется спинодальным и наблюдается в ряде технически важных сплавов (сплавы для постоянных магнитов типа кунифе). Более общим для стареющих сплавов является метастабильное состояние твердого раствора, распад которого должен идти путем образования и роста зародышей новой фазы, а процесс зарождения требует преодоления энергетического барьера. Этот барьер оказывается существенно пониженным при образовании когерентных частиц, т. е. частиц, у которых кристаллическая решетка упруго сопряжена с решеткой исходного твердого раствора. При сравнительно низких температурах распад твердых растворов часто останавливается на стадии образования зон - весьма дисперсных областей, обогащенных избыточным компонентом и сохраняющих кристаллическую структуру исходного раствора, впервые обнаруженных по эффектам диффузного рассеяния рентгеновских лучей (зоны Гинье - Престона). С помощью электронной микроскопии зоны Гинье - Престона наблюдали в сплавах Al - Ag в виде сферических частиц диаметром Старение металлов10Е, в сплавах Al - Cu - в виде пластин толщиной порядка периодов решетки (<10Е). Образование зон характерно для т. н. естественного старения, которое протекает при комнатных температурах в случае сплавов на основе Al, а также низкоуглеродистой стали или технического железа, где имеется твердый раствор (Феррит - магнитный материал, представляющий собой соединение окислов металлов), пересыщенный углеродом или азотом. В некоторых случаях зоны можно рассматривать как зародыши фазы выделения.
Понятию "естественное старение" противопоставляется "искусственное старение", которое в случае алюминиевых сплавов (исторически первых материалов, упрочняемых старением) проводилось при повышенных температурах (выше 100°С); в современной литературе вместо этих терминов чаще используются термины "низкотемпературное старение" и "высокотемпературное старение". В связи с различиями процесса распада в разных температурных интервалах для некоторых сплавов оптимальный комплекс свойств достигается после сложного старения в определенной последовательности при низкой и при более высокой температурах.
Различают 2 основных механизма распада пересыщенного твердого раствора: непрерывный, который идет путем образования и роста отдельных зародышей - частиц фазы, содержащей избыточный компонент твердого раствора, и прерывистый (или ячеистый), при котором возникают и растут ячейки или колонии, состоящие обычно из равновесных фаз - новой фазы, обогащенной избыточным компонентом, и обедненного (равновесного) твердого раствора. В первом случае частицы образуются по всему объему и их рост сопровождается постепенным и непрерывным обеднением матричного твердого раствора. Во втором случае происходит движение границы раздела колония - непревращенная область твердого раствора. Колонии имеют обычно пластинчатое строение, зарождаются на границе зерна, и их движущийся фронт представляет собой подвижную высокоугловую границу с зерном исходного твердого раствора.
При распаде твердых растворов в условиях высокой концентрации дефектов кристаллического строения, которые создаются предварит. сильной холодной деформацией, получают особенно высокие значения прочности. Процессы распада твердых растворов могут приводить и к нежелательным изменениям свойств сплавов, например к ухудшению пластичности и охрупчиванию низкоуглеродистой котельной стали, к увеличению коэрцитивной силы и потерь на перемагничивание электротехнического железа. Некоторые сплавы склонны к т. н. "деформационному старению". Сравнительно слабая холодная пластическая деформация, сама по себе не очень сильно меняющая свойства материала, существенно ускоряет процессы размежевания компонентов твердого раствора, которые приводят к образованию сегрегатов (а затем выделений) возле дислокаций. Этот суммарный эффект деформации и старения ("деформационное старение") резко ухудшает вязкость и пластичность сплавов, что особенно нежелательно для материалов, подвергаемых глубокой штамповке (например, листовая сталь для автомобилестроения). Специальным легированием и термической обработкой можно существенно снизить вредные эффекты старения.
Похожие статьи
-
Сплав Д1 - относится к числу дюралюминов. Такой вид сплавов обладает достаточно высокой прочностью, пластичностью и относится к числу нормальных...
-
Общая характеристика металлов - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Физические свойства металлов и сплавов 1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В...
-
Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники
Задание. Перечислите виды термообработки, объясните сущность и назначение закалки и отпуска и определите по диаграмме состояния Fc-Fe3 C температуру...
-
Аппараты процесса кристаллизации - Технология конструкционных материалов
Для получения продуктов в виде тонких пластинок или чешуек используют непрерывно действующие ленточные, вальцевые и дисковые кристаллизаторы, где...
-
Кристаллизация - это переход вещества из газообразного (парообразного), жидкого или твердого аморфного состояния в кристаллическое, а также из одного...
-
Дисперсность - характеристика размеров твердых частиц и капель жидкости. Многие строительные материалы /гипсовые вяжущие, цемент, глины, пигменты и т. п....
-
Введение, Характеристика готового продукта - Разработка технологии получения строительного материала
В данной курсовой работе "разработка технологии получения строительного материала" мы будем рассматривать следующие решения задач, для достижения цели:...
-
Конструкционные материалы - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Конструкционные материалы, материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими...
-
Твердые растворы - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Твердые растворы - фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других компонентов располагаются в решетке...
-
Технологичность конструкций литых деталей - Технология конструкционных материалов
Конструкция литой детали должна обеспечивать высокий уровень механических и эксплуатационных характеристик при заданной массе, конфигурации, точности...
-
Термомеханическая обработка металла - Технология обработки металлов давлением
Успехи машиностроения, строительства и других отраслей промышленности в значительной мере определяются достижениями в области металлургического...
-
Введение - Технология обработки металлов давлением
Развитие народного хозяйства страны в значительной мере определяется ростом объема производства металлов, расширением сортамента изделий из металлов и...
-
Технологическая схема зависит от вида и характера, вида и качества исходных материалов, от уровня развития техники (рис.1.). Рисунок 1- Технологическая...
-
Конструкционные материалы - Электротехника. Электротехническое материаловедение
Задача 1 . Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при...
-
Диаграмма состояния для случая полной взаимной растворимости компонентов А и В в жидком и твердом состояниях и изменение энергии Гиббса в зависимости от...
-
Магний - металл серебристо-белого цвета с плотностью 1,74 Мг/м3 и температурой плавления 651 С; имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую...
-
Основные положения к выбору способа литья - Технология конструкционных материалов
При выборе способа литья для получения заготовки в первую очередь должен быть рассмотрен вопрос экономии металла. Металлоемкость можно снизить...
-
Материалы для пайки. - Технологии изготовления кремниевых полупроводниковых приборов
Припой. Припои для пайки, заполняющие зазор в расплавленном состоянии между соединяемыми заготовками, должны отвечать следующим требованиям: 1)...
-
Технологический процесс получения гранулированного материала (стеклопора) состоит из следующих основных операций: приготовления смеси из раствора жидкого...
-
Виды известняка по происхождению - Разработка технологии получения строительного материала
Чистые известняки - белого или светло-серого цвета, примеси органических веществ окрашивают карбонат кальция в черный и темно-серый цвета, а окислы...
-
Старение - изменение свойств, протекающие во времени без заметного изменения микроструктуры. 1. Термическое старение В результате изменения растворимости...
-
Полиморфные превращения одного или обоих компонентов сплава изменяют его структуру и свойства. Рис. 43. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых...
-
Волочение металла - Технология обработки металлов давлением
Волочение металла -- это протягивание изделия круглого или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (волоку), площадь выходного сечения...
-
Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы и эвтектику (рис. 39 и 40). Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся...
-
Структура сплавов - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Строение металлических сплавов зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, их образующие. Под структурой, как уже указано ранее,...
-
Газообразные вещества характеризуются весьма малыми плотностями вследствие больших расстояний между молекулами. Благодаря этому поляризация всех газов...
-
Разрешающая способность определяется плотностью расположения распознаваемых точек и выражается в точках на дюйм (dpi - dot per inch). Сканеры имеют два...
-
В зависимости от способа перемещения фоточувствительного элемента сканера и носителя изображения относительно друг друга сканеры подразделяются на две...
-
Выбор материала и технология производства заготовок деталей и инструментов
ВЫБОР МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТОВ Цель работы - провести анализ условий работы заданного изделия, выбор...
-
Дисперсноупрочненные композиционные материалы - Новые материалы в металлургии
При дисперсном упрочнении частицы блокируют процессы скольжения в матрице. Эффективность упрочнения при условии минимального взаимодействия с матрицей...
-
Материалы, применяемые при сварке - Технология и техника сварки
Электроды: ввиду большого разнообразия применяемых покрытий делятся на типы не по составу покрытий, а по назначению электродов и механическим свойствам...
-
Формообразующие операции листовой штамповки - Способы формообразования конструкционных материалов
При формообразующих операциях стремятся получить заданную величину деформации, чтобы заготовка приобрела требуемую форму. Основные формообразующие...
-
Высокоскоростные методы штамповки - Способы формообразования конструкционных материалов
Особенностью таких методов является высокая скорость деформирования в соответствии с высокими скоростями преобразования энергии. Кратковременное...
-
Вспученный жидкий стекло теплоизоляционный Теплоизоляционные изделия на основе вспученного жидкого стекла включают широкую гамму материалов, основным...
-
В настоящее время предусматривается не только значительное увеличение количества вырабатываемых молочных продуктов, но и повышение их питательных и...
-
Заготовки из порошковых материалов получают прессованием (холодным, горячим), изостатическим формованием, прокаткой и другими способами. При Холодном...
-
Повышение эффективности технологических процессов и производств будет осуществляться путем роста единичных мощностей устанавливаемого оборудования,...
-
Анализ конструкции (объекта дипломного проектирования) на предмет снижения ее массы, применения новых материалов, совершенствования конструктивных...
-
Выбор материала изделия. Обоснование катетов сварных швов Материал изделия для изготовления сварной конструкции, необходимо выбирать в зависимости от...
-
Структура аморфных сплавов - Принцип получения аморфных материалов
Сразу же после получения аморфных металлических сплавов (АМС) возникли вопросы, связанные с их атомной структурой. С помощью рентгеновской, нейтронной,...
Старение металлов - Технология конструкционных материалов