Мелкодисперсной структуры

Для тугоплавких металлов применимы общие закономерности легирования, по которым упрочнение достигается образованием мелкодисперсных выделений с расстоянием между ча-

Одним из главнейших факторов, приводящих к упрочнению стареющих сплавов ряда цветных металлов, является выпадение в процессе старения мелкодисперсных выделений второй фазы (после закалки). Это явление получило название дисперсионного твердения. В процессе выпадения второй фазы сопротивляемость пластическому течению сначала растет с увеличением размера выделений, а затем начинает снижаться. Максимум упрочнения при этом в большинстве случаев соответствует среднему расстоянию между частицами около 1000 А [11]. Наиболее ярким примером сплавов, обнаруживающих дисперсионное твердение, являются алюминиевые сплавы. У этих сплавов эффект упрочнения зависит главным образом от размера дисперсных частиц. Влияние этого фактора было рассмотрено в гл. I при анализе структурных факторов, вызывающих упроч нение металлов.

С ростом степени деформации (е>0,1) начинает проявляться динамическое разупрочнение, причиной которого могут быть следующие процессы: 1) динамический возврат, динамическая полигонизация и рекристаллизация, которые вносят основной вклад в процесс разупрочнения; 2) проявление теплового эффекта пластической деформации, который усиливает процессы динамического разупрочнения; 3) изменение в процессе деформации ориентировки плоскостей скольжения на более благоприятные; 4) изменение вторых фаз в сплавах: сфероидиза-ция пластинчатых структур и укрупнение мелкодисперсных выделений.

По-видимому, медь является эффективной добавкой благодаря воздействию на сплав двумя возможными механизмами. Во-первых, добавка меди приводит к образованию очень мелкодисперсных выделений диаметром менее 40 мкм (рис. 7). Дислокации огибают эти частицы, и это является основным вкладом в упрочнение исследованных сплавов. Во-вторых, при увеличении содержания меди от 0,5 до 2 % (ат.) в сплаве Fe—12Ni—0,5А1 ширина пластинок мартенсита уменьшается с 0,65 до 0,27 мкм, как показано на рис. 7 для сплава с 2 % Си. Уменьшение ширины пластинок также способствует повышению прочности.

Дисперсионнотвердеющие стали. Дисперсионнотвердеющие нержавеющие стали можно разделить на две группы: мартенситные и аусте-нито-ферритные. Высокая прочность этих сплавов связана с наличием в их структуре мелкодисперсных выделений, образующихся при охлаждении пересыщенного твердого раствора.

В настоящее время не представляется возможным проанализировать истинную роль частиц фазовых выделений: являются ли. •они стоками точечных дефектов, местами рекомбинации вакансий и межузельных атомов, центрами зарождения пор или местами закрепления дислокаций. Однако вне зависимости от механизма .влияния выделений на развитие пористости четкая корреляция между распуханием сплавов и концентрацией выделений [211] 1Может в принципе стать основой для получения материалов, устойчивых к распуханию. Задача сводится к разработке сплавов с высокой концентрацией мелкодисперсных выделений, которые в процессе облучения не должны коагулировать. Разработанный в Англии •сплав нимоник РЕ-16, упрочненный мелкодисперсными выделениями у'-фазы состава №3 (Ti, A1), уже вошел в группу штатных обо-лочечных материалов (см. табл. 21).

воре после закалки, давая положительный эффект, и, кроме того, выпадает в виде мелкодисперсных выделений UA12. Из рис. 10.20 видны преимущества, даваемое увеличением содержания алюминия и контролируемой технологией выплавки и закалки. В дальнейшем тошшвые сердечники с 0,12% А1 стали изготавливать со значительно лучшими свойствами, что иллюстрирует рис. 10.20 [47].

Перестаривание вызвало (и должно было вызвать) ослабление растрескивания, связанного с деформационным старением, по нескольким причинам. Во-первых, перестаривание извлекает из твердого раствора алюминий, титан и углерод, снижая масштабы образования мелкодисперсных выделений в процессе послесварочной термической обработки. Во-вторых, удастся избежать объемного сжатия, поскольку материал уже состарен.

Для снижения деформации ползучести изделий из эвтектических композиционных материалов помимо увеличения скорости затвердевания заготовок применяют операции последующей термообработки. Так, например, термообработка, стимулирующая выпадение мелкодисперсных выделений ТаС между

ний. Декер [3] сообщает о линейном увеличении 100-часовой длительной прочности с ростом величины / от 0,15 до 0,60 при 705—980 °С. Подобно Декеру, Джексон с сотрудниками [70] продемонстрировал резкий рост долговечности сплава MAR-M 200 в условиях кратковременной ползучести при 982 °С вследствие роста количеств мелкодисперсных выделений у'-фазы. Однако нельза ожидать, что мелкодисперсные выделения у' надолго сохраняться при 982°С. Так что возможность реализации этих результатов применительно к долговременной эксплуатации сплавов вызывает сомнения. В литейных сплавах объемную долю выделений у '-фазы можно увеличить повышением температур обработки на твердый раствор в интервале 1187—1250 °С. В новых монокристаллических суперсплавах отсутствуют элементы, упрочняющие границы зерен (С, В, Hf и Zr). Это приводит к повышению температуры плавления сплавов и позволяет повысить температуру обработки на твердый раствор с последующим ростом объемной доли частиц, выделяющихся в результате старения.

1 — фон мелкодисперсных выделений у' -фазы; 2 — двойникование; 3 — зернограничиые выделения карбидов типа W и/или Ме23С6; 4 — у -фаза, образующаяся в результате вырождения карбидных частиц; 5 — карбидные выделения типа МС; 6 — у -фаза, выделяющаяся по границам зерен; 7 — матрица обычно выглядит "шероховатой от выделений у' -фазы, успевших выделиться в процессе охлаждения; 8f— высокая плотность выделений у' -фазы; 9 — первичные выделения карбидов типа МС; 10 —у -фаза в виде глобуляр-. ных выделений; 11 — у' -фаза, выделившаяся из расплава; 12 — у '-фаза в виде рбыкно- венных выделений; 13 — у -фаза, выделившаяся в процессе охлаждения; 14 — у' -фаза в виде "курсивных" выделений; 15 — у' -фаза в виде пленки; 16 — дендритный "скелет";

В кислой среде (рН < 4) диффузия кислорода перестает быть лимитирующим фактором и коррозионный процесс частично определяется скоростью выделения водорода, которая, в свою очередь, зависит от водородного перенапряжения на различных примесях и включениях, присутствующих в специальных сталях и чугунах. Скорость коррозии в этом диапазоне рН становится достаточно высокой, и анодная поляризация способствует этому (анодный контроль). Низкоуглеродистые стали корродируют в кислотах с меньшей скоростью, чем высокоуглеродистые, так как для цементита FegC характерно низкое водородное перенапряжение. Поэтому термическая обработка, влияющая на количество и размер частиц цементита, может значительно изменить скорость коррозии. Более того, холоднокатаная сталь корродирует в кислотах интенсивнее, чем отожженная или сталь со снятыми напряжениями, так как в результате механической обработки образуются участки мелкодисперсной структуры с низким водородным перенапряжением, содержащие углерод и азот. Обычно железо не используют в сильнокислой среде, поэтому для практических нужд важнее знать закономерности его коррозии в почвах и природных водах, чем в кислотах. Тем не менее существуют области

За счет сварки с сопутствующим принудительным охлаждением и многослойного шва происходит формирование мелкодисперсной структуры металла сварного шва с минимальной чувствительностью к образованию холодных трещин и существенное уменьшение ширины закаленных твердых участков в зонах термического влияния ЗТВ. На макрошлифе сварного соединения последние участки имеют наиболее матовое протравление.

Заварка повреждений на трубопроводе при пониженной температуре способствует измельчению зерен и получению мелкодисперсной структуры как в наплавленном металле шва, так и в околошовных зонах сплавления (рис. 5.10, в). Структура наплавленного металла шва при этом хотя менее равновесная, но не имеет выраженной литой структуры, а преобладает структура сорбитообразного перлита с относительно тонкими выделениями феррита по границам блоков.

Имеющиеся данные о влиянии титана на склонность стали к хрупкому разрушению весьма противоречивы. Добавки 0,10—0,25% титана [59] снижают величину ударной вязкости материала при понижении температуры. Дальнейшее увеличение титана до 0,4% существенно улучшает свойства стали. В качестве раскислителя титан оказывает положительное действие на свойства стали за счет измельчения зерен, изменения соотношения феррита и перлита и понижения склонности к перегреву. При получении мелкодисперсной структуры (зерна с 5-го до 10-го номера) при добавках титана 0,3—0,4% на каждый номер измельчения зерна критическая температура хрупкости, определенная ар=2 кгс-м/см2, понижается в среднем на 10°С [41].

Другой способ получения потоков влажного пара мелкодисперсной структуры состоит в применении специальных поверхностных холодильников-турбули-заторов, устанавливаемых в контурах влажного пара перед исследуемой моделью (рис. 2.3, о). Поверхность охлаждения сформирована из продольно обтекаемых полых пластин с отношением //А=6-г-10 (рис. 2.9, а), внутри которых циркулирует охлаждающая вода. Каждая пластина выполнена двухходовой. За пластинами образуются вихревые аэродинамические следы, начальные участки которых состоят из дискретных вихрей, расположенных в шахматном порядке (дорожки Кармана).

3. Проведенные исследования распределений давлений (гл. 3) и° потерь в решетках не дают пока оснований для рекомендаций по-улучшению обводов профилей с точки зрения как уменьшения потерь* так и обеспечения мелкодисперсной, структуры влаги.

Наличие давления замедляет развитие мартенситных игл в аустенитном зерне, что способствует получению мелкодисперсной структуры [48].

Влияние числа рабочих ходов на микротвердость поверхностного слоя при работе с охлаждением показано на рис. 16. Обрабатываемый материал: сталь 40Х. Режим обработки: /= = 710 А; и = 8 м/мин; 5=0,2 мм/об. Повторные рабочие ходы при низких скоростях обработки способствуют увеличению глубины упрочненного слоя. Последнее можно объяснить явлениями наследственности. Возможность повышения твердости на глубине до 0,15...0,20 мм и получения при этом мелкодисперсной структуры во многих случаях позволяет заменять специальные операции термической обработкой ЭМУ.

В то же самое время группа сотрудников во главе с Ан-дерсом внедрила на фирме "DuPont" метод дисперсного оксидного упрочнения. Реализуемое методами порошковой металлургии, оно характеризуется созданием очень мелкодисперсной структуры и возникновением сверхпластичности сплавов. В сочетании с высокой кратковременной прочностью механически легированные деформируемые сплавы, дисперсно упроч-

3. Высокая чувствительность к технологическим режимам нанесения покрытия. Требуемый комплекс свойств покрытия достигается лишь при сохранении однородной мелкодисперсной структуры исходного порошка. Даже незначительный перегрев резко снижает качество покрытия.

Электроконтактная приварка проволоки обеспечивает: хорошее соединение покрытия с восстанавливаемой поверхностью, постепенное изменение свойств в зоне перехода между приваренным и основным металлом, наличие зоны сплавления между витками проволоки, проникновение металла последующего валика в предыдущий, что повышает прочность соединения по сравнению со способами сварки, где имеется зона пережога, характеризующаяся низкой прочностью, формированием мелкодисперсной структуры, которая способствует не только увеличению твердости, но и ударной вязкости металла, а в конечном итоге уменьшает интенсивность изнашивания.

Освоено несколько разновидностей процесса восстановления коренных опор блоков цилиндров. Первые исследователи способа рекомендовали в качестве наносимого материала малоуглеродистую стальную проволоку Св-08 для обеспечения однородной мелкодисперсной структуры покрытия и повышения прочности соединения его с основой. Позднее были рекомендованы порошкообразные материалы. Распространение получили композиционные порошки и порошки из бронзы. Порошки из бронзы наносят на поверхности как чугунных деталей, так и деталей из алюминиевого сплава. Предварительно должен быть нанесен термореа-гирующий подслой Al-Ni.