Образование выделений

Сварка цветных металлов (медные и алюминиевые сплавы) затруднительна из-за высокой теплопроводности, легкой окисляемости (образование тугоплавких окисных пленок) и требует применения флюсов.

Сварка цветных металлов (медные и алюминиевые сплавы) затруднительна из-за высокой теплопроводности, легкой окисляемости (образование тугоплавких окисных пленок) и требует применения флюсов.

Наибольший интерес представляют методы, основанные на использовании свойств водородных соединений и амальгам. Многие соединения натрия со ртутью, а также натрия с висмутом и свинцом образуются с большим тепловым эффектом в сравнении с гидридом натрия, например АЯ^98 Na3Bi равен —45,6 ккил/моль, тогда как АЯ^98 NaH равен —13,7 ккал/моль. Недостатком использования реакции висмута с гидридами является образование тугоплавких продуктов реакции, например Na3Bi с температурой плавления 775°С. Больший интерес представляют реакции с металлической ртутью. Если к пробе добавить от 4 до 200 г-атом ртути на каждый грамм-атом натрия, находящийся в пробе в виде металла или гидрида, то можно ожидать протекание реакции: NaH + 50 Hg = NaHg5o + 0,5H2 + + ~6,3 ккал. Здесь продукты реакции (кроме водорода) — жидкие при комнатной температуре так же, как и реагент, и легко могут быть удалены фильтрованием. Более совершенно процесс протекает, если реакцию осуществить со смесью, содержащей равные массовые количества ртути и 5%-ной амальгамы висмута вместо чистой ртути. Одним из продуктов реакции является газообразный водород, по объему которого может быть весьма просто определено содержание в пробе гидрида. Метод пригоден для анализа с достаточной точностью продуктов реакции для всех случаев, рассмотренных ниже.

К третьей группе элементов можно отнести Ti, Zr, Ce, Ca, Mg, В и др. Эти элементы характеризуются высокой химической активностью, почти целиком расходуются на образование тугоплавких карбидов, сульфидов, оксидов, нитридов, которые могут служить зародышами в процессе последующей кристаллизации и повышать дисперсность металлической основы. Более того, элементы этой группы Mg, Са, Се и др. редкоземельные металлы (РЗМ) входят в состав лигатур для модифицирования чугуна с целью получения графита вермнкулярной или шаровидной формы.

Уменьшаются: коррозионная стойкость— при добавках Mo, Fe, Си; содержание О? и S — при добавках Mg, Ce, Mn, Ti и Si; образование тугоплавких оксидов или сульфидов. Олово

б. Деформируемость. Горячая деформация в результате образования по границам зерен жидкой эвтектики Ni—S часто вызывает затруднения (красноломкость); на холодную деформацию неблагоприятно влияет образующаяся в процессе металлургического передела окись никеля, располагающаяся по границам зерен. Улучшение деформируемости достигается введением в плавку никеля малых количеств Mg, Mn, Ti, Се или Si (образование тугоплавких сульфидов и окислов, рафинирование никеля от серы и кислорода).

Уменьшаются: коррозионная стойкость— при добавках Mo, Fe, Си; содержание С>2 и S — при добавках Mg, Се, Mn, Ti и Si; •образование тугоплавких оксидов или •сульфидов.

б. Деформируемость. Горячая деформация в результате образования по границам зерен жидкой эвтектики Ni—S часто вызывает затруднения (красноломкость); на холодную деформацию неблагоприятно влияет образующаяся в процессе металлургического передела окись никеля, располагающаяся по границам зерен. Улучшение деформируемости достигается введением в плавку никеля малых количеств Mg, Mn, Ti, Се или Si (образование тугоплавких сульфидов и окислов, рафинирование никеля от серы и кислорода).

К третьей группе элементов можно отнести Ti, Zr, Се, Са, Mg, В и др. Эти элементы характеризуются высокой химической активностью, почти целиком расходуются на образование тугоплавких карбидов, сульфидов, оксидов, нитридов, которые могут служить зародышами в процессе последующи"! кристаллизации л повышать дисперсность металлической основы. Более того, элементы этой группы Mg, Са, Се и др. редкоземельные металлы (РЗМ) входят в состав лигатур для модифицирования чугуна с целью получения графита вермикулярной или шаровидной формы.

Образование тугоплавких соединений в большинстве случаев можно отнести к категории реакций горения, которые, как известно, обладают рядом замечательных особенностей. Одна из них - возможность протекания реакции в узкой зоне, перемещающейся по веществу за счет теплопередачи после локального инициирования реакции в ненагретой смеси. Эта реакция получила название «самораспространяющегося высокотемпературного синтеза» (СВС).

В сплавах на основе железа и никеля при температурах 425— 800 °С наблюдалось катастрофическое науглероживание в виде-«металлического пылеобразования» [96, 97]. Эта сильно локализованная форма коррозии и питтинга, как правило, развивается на таких участках поверхности, где произошло разрушение защитной окисной пленки, которая сначала науглероживается, а затем в результате механического [96] или химического [97] воздействия превращается в пыль, состоящую из графита, металла, смешанных окислов и карбидов. Тщательно исследуются также термодинамика и кинетика растворения азота в сплавах, а также образование выделений нитридов [98] и формирование поверхностных нитридных окалин [99].

Введение марганца в бинарные сплавы Al — Mg дает положительный эффект, усиливая образование выделений В'. Добавки марганца и хрома стабилизируют структуру деформированных зерен [133] и повышают прочность [134]. Введение 0,2—0,4 % Bi способствуют стабилизации сплава, приводя к образованию частиц BisMgs [135]. Было показано, что добавки меди и циркония также повышают стойкость к КР [136]. При хорошей стабилизации сплавы серии 5000 могут довольно успешно эксплуатироваться во влажных морских средах [2], хотя, по имеющимся данным, при высоком содержании магния повышение прочности все же сопровождается слабым понижением стойкости к КР [134]. В некоторых новых сплавах, например CS19, характеризуемых, помимо высокого предела текучести (свыше 200 МПа), хорошей вязкостью и свариваемостью, наибольшая чувствительность к КР наблюдается в направлении толщины материала [134] (см. рис. 23). Подобным образом ведут себя и многие другие алюминиевые сплавы.

Как видно из рис. 33, сплавы с игольчатой структурой имеют, как правило, более высокие вязкость разрушения и стойкость к КР, чем сплавы с равноосной структурой. При этом ширина «полосы» или разность между /dc и Кгкр в обоих случаях примерно одинакова, но для игольчатой структуры вся полоса сдвинута в область более высоких значений /С. Такое поведение очень часто наблюдалось экспериментально [186, 188, 191, 192, 204, 205]. В частности, установлено, что понижение температуры обработки на твердый раствор или образование выделений а2 (как в сплаве Ti—8A1—1 Мо—1 V) существенно усиливают КР [189, 191]. Игольчатые структуры мартенситного (а не видманштеттового) типа, образующиеся преимущественно при закалке, также обладают стойкостью к КР. Отпуск мартенсита вызывает частичное выделение мелкодисперсных частиц р-фазы, но сохраняет игольчатую морфологию. Стойкость к КР после такой обработки промежуточная между неотпущенным мартенситом и равноосными структурами [204]. Таким образом, игольчатые микроструктуры (видманштеттовый, пластинчатый или игольчатый мартенсит) в целом более стойки к КР. В качестве примеров можно привести сплавы Ti—6A1—4V [186] и Ti—4 А1—ЗМо—1 V [190, 192].

Было показано, что образование выделений а2-фазы увеличивает легкость зарождения трещин под действием среды и скорость распространения трещин. Такие выделения также увеличивают вероятность разрушения сколом в период субкритического роста трещин. Установлено, что в случаях, где выделения <Х2-фазы срезаются, скольжение в (а+ 02)-структурах происходит в очень узких полосах скольжения со значительными смещениями в каждой полосе. Это может указывать еще раз на важность характеристик скольжения при определении чувствительности к КР. Наблюдения [33] наводят на мысль провести эксперимент для определения важности характера скольжения или наличия Ti3Al. Этими исследователями было показано, что определенное распределение аг-фазы изменяет тип взаимодействия дислокации с частицей от срезания до огибания. Таким образом, если Ti3Al изменяет характер скольжения, то такое ее распределение должно приводить к меньшей чувствительности к КР, чем в случае одно фазных а или двухфазных структур (0+02), в которых происходит срезание частиц дислокациями. Некоторое доказательство в достоверности этого имеется, но требуются более тщательные исследования.

Старение в состоянии исходной фазы. Влияние старения в сплавах Си можно рассматривать в связи со следующими причинами. Во-первых, при изготовлении образцов из сплавов на основе Си с неупорядоченной структурой высокотемпературной /3-фазы их выдерживают в состоянии, когда не завершилось упорядочение непосредственно после быстрого охлаждения. Во-вторых, еще одной причиной является образование выделений.

охлаждении от пиковой температуры: 1 — условная собственная пластичность; 2 — рекристаллизация; 3 — образование выделений при старении; 4 — оплавление

У сплава Rene 41 отжиг-гомогенизация при 1175 °С приводит к растворению выделений М6С и порождает склонность к последующему быстрому выделению непрерывной зерногра-ничной пленки М23С6. В результате можно получить плохую пластичность и растрескивание, особенно при сварке, поэтому такого отжига избегают. Гомогенизация при более низких температурах (1070—1080 °С) дает равномерную мелкозернистую структуру, образовавшуюся в процессе деформационной обработки и содержащую достаточно мелкие и хорошо распределенные выделения М6С. Склонность к растрескиванию уменьшается, а пластичность становится выше, если задержать образование выделений М23С6.

В связи с необходимостью обеспечения высокого сопротивления термической усталости, как и для обеспечения высокой длительной прочности, нежелательно огрубление выделений на границах зерен и образование выделений сг-фазы, приводящее к ох-рупчиванию жаропрочных сплавов при длительной их эксплуатации. Следует указать, что серьезные проблемы вызывает высокотемпературная коррозия материалов, обусловленная присутствием ванадия, натрия и серы в продуктах сгорания. Для ее предотвращения не только подбирают соответствующий химический состав материалов, но и осуществляют обработку топлива и всасываемого воздуха, алитирование поверхности лопаток.

8.11. У поверхности кромки образовались игольчатые карбиды. Тепловое воздействие вызвало увеличение размеров зерен и образование выделений по их границам. 200 : 1, (9) табл. 2.4.

Нагрев при резке вызвал увеличение размеров зерен и образование выделений по их границам вблизи кромки реза. В результате этого образовались отдельные трещины. 200 : 1, (9) табл. 2.4.

Преимущественно процессу графитизации подвержены сварные соединения. Интенсивное образование выделений графита и их цепочек начинается на расстоянии 3 ... 6 мм от линии сплавления металла шва в зоне термического влияния основного металла с глубины 0,5 ... 1 мм от наружной поверхности и распространяется в глубь металла на всю толщину стенки трубных элементов [21]. Графитизации также подвержен металл гибов, не прошедших термообработку после холодной гибки; образование цепочек графита, кроме того, происходит вдоль линии проката трубных элементов. Факторами, вызывающими графитизацию, являются повышенное содержание алюминия и кремния в стали, мелкое зерно, ос-