Гетерогенное образование

Сплавы с гетерогенной структурой образуются в случаях, когда компоненты Tie обладают полной взаимной растворимостью. Если п сплаве компоненты присутствуют в количестве, превышающем их предельную растворимость, то получается структура, состоящая из двух насыщенных твердых растворов пли твердого раствора и химического соединения (см. рис. 52).

Однако следует учитывать, что свойства сильно зависят от дисперсности и характера расположения фаз, их тонкого субзеренного строения, величины зерна и т. д. Так, в сплавах с гетерогенной структурой (а + Р) измельчение частиц присутствующих фаз приводит к существенному отклонению от прямолинейной зависимости (штриховая линия на рис. 60, в).

дость, но хрупки. Так, твердость карбида вольфрама WC составляет HV 1790 (17 900 МПа), карбида титана TiC — HV 2850 (28 500 МПа), а нитрида тантала TaN — HV 3230 (32 300 МПа). Химические соединения имеют большое значение как твердые структурные составляющие в сплавах с гетерогенной структурой (например, карбиды в сплавах железа, соединение CuAL в сплавах алюминия и др.).

Использование кобальта в качестве основы жаропрочных, прецизионных и магнитных сплавов связано с тем, что со многими элементами (Fe, Ni, Cr, Mo и др.) он образует широкие области твердых растворов. Снижение растворимости легирующих элементов в твердом растворе при понижении температуры приводит к образованию химических соединений и при соответствующей термической обработке позволяет получать кобальтовые сплавы с высокодисперсной гетерогенной структурой.

К специфическим механизмам зарождения трещин в условиях усталости можно отнести механизм зарождения трещин, связанный с образованием конценчраторов напряжений на поверхности из-за явлений экструзий и интрузий за счет локализованного скольжения в условиях знакопеременного на-гружения (рис. 27), а также другие механизмы зарождения трещин, учитывающие повторность нагрузки (включая знакопеременность) в условиях уста-лости и преимущественное течение приповерхностных слоев металла в периоде зарождения трещин. В сталях с гетерогенной структурой (в частности, у перлитных сталей) могут существовать два независимых субмикроскониче-

56. Погодине Л.И., Яцына И.В., Иванченко Ф.К. Энергетические принципы оценки прочности и износостойкости материалов с гетерогенной структурой. М., 1981. 14с. Деп. в ВИНИТИ, №2(112). 15с.

Изменения в структуре резко отражаются на свойствах покрытий. Так, покрытия с гетерогенной структурой выдерживают более 100 циклов теплосмен по режиму 20^±1400°. В покрытии с гомогенной структурой при первых теплосменах появляются трещины. Следовательно, состав связки сильно влияет на структуру и свойства покрытия.

Особенно заметна разница в кривых течения у металлов с гексагональной кристаллической решеткой и у сплавов с неравномерной гетерогенной структурой, а также при значительной анизотропии структуры и свойств в разных направлениях. Так, при испытаниях прокатанного или волоченого металла прочностные характеристики на растяжение выше, чем' при испытаниях на кручение.

В табл. 78 приведены физические свойства отдельных алюминиевых сплавов. Сплавы на алюминиевой основе (табл. 77) могут быть подразделены на различные группы и по структурному признаку: с гетерогенной структурой, создаваемой твердыми химическими соединениями; с легкоплавкими эвтектиками или включениями чистых пластичных металлов (Sn, Pb, Cd) независимо от их структуры.

Таким образом, особые условия образования и состояние аустенита, образующегося при быстром нагреве, можно считать основной причиной ускорения диффузионных процессов при электротермической обработке легированных металлокерамических сталей. При высокочастотном нагреве металлокерамических сталей с гетерогенной структурой может иметь место дополнительное ускорение диффузии легирующих элементов в результате уплотнения тока и локального разогрева участков структуры с более высоким электросопротивлением, чем матрица.

Он вновь и вновь выступал за взаимосвязанный единый неразрывный комплекс: технология — кузнечная машина — технология. «Любая поковка в зависимости от марки материала, размеров и конфигурации, — подчерки-' вает А. И. Зимин, — требует для своего технологического оптимума применения соответствующего термомеханического режима ковки, понимая это в широком смысле, с включением характера силовых воздействий рабочих частей машины на поковку при ее пластическом деформировании. Для одних поковок требуются невысокие скорости деформирования; другие, наоборот, лучше штампуются при высоких скоростях; третья требует особого силового воздействия, которое нельзя назвать ни простым нажатием, ни обычным ударом; четвертые — быстрого проте-кайия силового воздействия, но не ударного характера и т. д. Приведенных вариантов силового воздействия уже достаточно, чтобы показать, что при проектировании новых машин заданного технологического назначения технологическое задание по оптимуму операций штамповки, для которых проектируется машина, должно быть решено, подготовлено и сдано в распоряжение конструкторов. Это приобретает особое значение в последнее время, когда в кузнечно-штамповочные цехи начинают внедряться для обработки давлением труднодеформируемые, тугоплавкие металлы и сплавы, а также сплавы с неоднородной, гетерогенной структурой. Для пластического деформирования этих металлов и сплавов в некоторых случаях нельзя применять старые машины.

Гетерогенное образование зародышей. Образование зародышей в жидком металле по описанному механизму называется самопроизвольным (или спонтанным). Самопроизвольное образование зародышей на основе фазовых и энергетических флуктуации может происходить только в высокочистом жидком металле (гомогенное затвердение).

Кислород важен как участник катодной частичной коррозионной реакции, причем в случае неодинаковой аэрации наблюдается гетерогенное образование покровного слоя и развивается местная коррозия (см. раздел 4.1). В отличие от шпунтовых стенок и свай (см. рис.

верхности раздела (гетерогенное образование зародыша термодинамически более вероятно). По тем же причинам скопления вакансий и микропоры будут служить теми объемами, где термодинамически выгодно образование зародышей новой фазы. Поэтому вероятность образования и роста зародышей новых фаз как при нагреве, так и при охлаждении в процессе восстановительной термической обработки будет наибольшей на поверхности микропор. Новой фазой в процессе нагрева перлитной стали является аустенит, в процессе охлаждения — феррит, перлит и карбиды. Таким образом, путем образования этих фаз на поверхности субмикропор происходит залечивание повреждений. Следует отметить, что превращение аустенита в феррит протекает с увеличением объема. Это также должно способствовать заполнению субмикропор.

2, ГЕТЕРОГЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ЗАРОДЫШЕЙ

2. Гетерогенное образование зародышей...... 32

Производительность установки Глейтера невелика, она лимитируется преимущественно невысокими скоростями испарения. На рис. 4.3 показана схема установки для получения ультрадисперсных порошков оксидов и других соединений (нитридов, карбидов и т. д.) методом конденсации с использованием в качестве прекурсоров (исходных веществ) металлоорганических соединений. Малопроизводительное испарение твердых объектов заменяется в данном случае разложением термически малопрочных металлоорганических соединений типа тетраизопропилтитана или тетра-трет-бутилцир-кония. В качестве испарителя здесь используется обогреваемый трубчатый реактор, в который подается газовая смесь прекурсора и нейтрального газа (носителя) и в котором происходит гетерогенное образование наночастиц. Эта смесь из испарителя выносится в рабочую камеру и конденсируется на вращающемся охлаждаемом цилиндре, откуда счищается скребком в специальный коллектор. Установки такого типа используются в промышленном масштабе (например, американской фирмой «Nanophase Technologies Corporation» и др.) для получения ультрадисперсных

Гетерогенное образование зародышей

Гетерогенное образование зародышей существенно влияет на фазовые превращения в реальных сплавах. Известно, что превращение переохлажденного аустенита при температурах, при которых скорость образования перлита наибольшая (для стали эвтектоидного состава 600°С), начинается с образования зародышей преимущественно на границах зерен; при более, высокой температуре превращение реализуется также в объеме. В процессах распада выделение избыточных фаз часто наблюдается по границам зерна или вдоль плоскостей скольжения, где прошла пластическая деформация. Количественная оценка показывает, что во многих случаях имеет место гетерогенное образование зародышей. При этом центрами гетерогенного образования зародышей, по-видимому, являются дефекты структуры.

Таким образом, на начальной стадии отпуска в закаленной стали возникает весьма неоднородное структурное состояние. На этой стадии структура металла особенно сильно чувствительна к внешнему воздействию (нагрев, деформация) и к составу (содержанию углерода, поскольку количество его определяет степень пересыщенности раствора); процесс проходит через ряд промежуточных стадий; возникает ряд промежуточных состояний, характеризующих большую неоднородность в стали. Весьма возможно, что в самой начальной стадии отпуска в мартенсите возникают обогащенные углеродом зоны на дефектах (гетерогенное образование зон) или в растворе (гомогенное образование за счет чисто химического взаимодействия), подобно тому как это наблюдается в алюминиевых сплавах. Однако вследствие крайней метастабильности происходит быстрый переход в другое состояние. Высокопрочная сталь (после закалки и низкого отпуска) с течением времени, особенно под воздействием нагрузок, может претерпевать ряд структурных изменений, связанных с перераспределением примесей внедрения.

Дефекты, созданные пластической деформацией, весьма устойчивы и сохраняются в течение длительного времени при нагреве в области субкритических температур. Так, при 600°С полное снятие наклепа достигается лишь после 3,5 ч, а при 700°С - после 1,5-ч выдержки [ 74]. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что повышенная твердость сохраняется и при протекании начальных стадий рекристаллизации. Так, в деформированной стали 20 после выдержки при 700°С в течение 30 мин рекристаллизация проявляется как рентгенографически (на линиях появляются точечные рефлексы), так и металлографически, а твердость сохраняется на уровне НВ 240 при НВ 137 в отожженном состоянии. При этом, кяк видно из рис. 25, а -> 7-превращение заметно ускоряется по сравнению с неотпущенной сталью (ср. кривые 1 и 3). По-видимому, это связано с появлением большого количества субграниц вследствие рекристаллизации ферритной матрицы и сфероидизации карбидов, что, как известно, облегчает зарождение новой фазы, поскольку гетерогенное образование зародыша на границах требует меньшей энергии. Получение же при этом того же предельного количества аустенита, что и для неотпущенной стали, свидетельствует о сохранении при указанном отпуске значительной части искажений решетки. Удлинение выдержки, естественно, снижает избыточную энергию системы и приводит к уменьшению предельного количества аустенита (см. рис. 25, кривые 4-6).

Дефекты, созданные пластической деформацией, весьма устойчивы и сохраняются в течение длительного времени при нагреве в области субкритических температур. Так, при 600°С полное снятие наклепа достигается лишь после 3,5 ч, а при 700°С - после 1,5-ч выдержки [ 74]. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что повышенная твердость сохраняется и при протекании начальных стадий рекристаллизации. Так, в деформированной стали 20 после выдержки при 700°С в течение 30 мин рекристаллизация проявляется как рентгенографически (на линиях появляются точечные рефлексы), так и металлографически, а твердость сохраняется на уровне НВ 240 при НВ 137 в отожженном состоянии. При этом, кяк видно из рис. 25, а ->• ^-превращение заметно ускоряется по сравнению с неотпущенной сталью (ср. кривые 1 и 3}. По-видимому, это связано с появлением большого количества субграниц вследствие рекристаллизации ферритной матрицы и сфероидизации карбидов, что, как известно, облегчает зарождение новой фазы, поскольку гетерогенное образование зародыша на границах требует меньшей энергии. Получение же при этом того же предельного количества аустенита, что и для неотпущенной стали, свидетельствует о сохранении при указанном отпуске значительной части искажений решетки. Удлинение выдержки, естественно, снижает избыточную энергию системы и приводит к уменьшению предельного количества аустенита (см. рис. 25, кривые 4-6).

Гетерогенное образование зародышей. Образование зародышей в жидком металле по описанному механизму называется самопроизвольным (или спонтанным). Самопроизвольное образование зародышей на основе фазовых и энергетических флуктуации может происходить только в высокочистом жидком металле (гомогенное затвердение).