Вывоз мусора: musor.com.ru
Главная | Контакты: Факс: 8 (495) 911-69-65 |

Пластинчатой структуры



6.98. Сварка плавлением. Рядом со швом из выродившейся эвтектики AlMg2Si образовалась такая же эвтектика с пластинчатым строением. 500 : 1, иетравленый шлиф.

За последнее десятилетие металлурги, используя природу процессов кристаллизации эвтектических сплавов, получили новый вид материалов, состоящих из направленно расположенных взаимопроникающих друг в друге фаз. Анизотропные двухфазные микроструктуры получают естественным путем («in situ») методом направленной кристаллизации эвтектик, поэтому этот класс материалов получил название естественных композиционных материалов. Потенциальные возможности такого необычного подхода к получению композиционных материалов, учитывающего специфику физических и механических свойств, были выявлены в исследовании Р. В. Крафта [32]. Подробное описание этих ранних работ, рассматривающих системы с волокнистым и пластинчатым строением Си—Сг, А1—Al3Ni и А1—СиА12, дано в обзорах (Хецберг [16, 17], Залкинд и др. [49], Лемке [37]). В указанных исследованиях определены некоторые важные характеристики направленных эвтектик, которые обусловили повышенный интерес к их усовершенствованию. Эти особенности включают наличие высокопрочного компонента, хорошей связи между фазами, сохранение прочности при температурах, близких к точке плавления эвтектики, и хорошую стабильность фазы при высоких температурах. В данной главе главным образом будут рассмотрены важные высокотемпературные свойства естественно получаемых направленных структур. Более подробно ознакомиться с микроструктурой эвтектик можно в следующих обзорах: Тиллер [66 ]t Шейл [50], Чедвик [7], Кэр и Вайнгард [27], Хоган и др. [20] ^

Упрочнение композиционного материала. Как и в случае эвтектик волокнистого строения, наличие жесткой и более упругой фазы, направленно расположенной внутри пластичной матрицы, позволяет рассчитывать прочность эвтектик с пластинчатым строением на основе правила смеси.

Влияние расстояния между пластинками. Шоу [51], Клайн и Стейн [8] и Томсон и др. [60] показали, что эвтектики с пластинчатым строением упрочняются по мере уменьшения расстояния между пластинками. Этот эффект объясняет различие в характере кривых деформации эвтектических композиций на рис. 21 и 22. Эвтектики с волокнистым строением также способны к упрочнению в результате измельчения структуры, но при растяжении влияние этого фактора выражено не так заметно, как в пластинчатых эвтектиках.

В системах с пластинчатым строением зависимость предела текучести от расстояния между пластинками определяется уравнением Холла — Петча

На рис. 27 представлена температурная зависимость предела прочности эвтектик с пластинчатым строением в сравнении с жаропрочными никелевыми сплавами. Из рис. 27 видно, что при температуре 760° С, при которой эффективно упрочнение за счет выделения ?'-фазы, прочность жаропрочных сплавов почти равна прочности эвтектик. Однако при температурах больше 816° С прочность эвтектики Ni3Al—Ni3Nb выше и это ее преимущество увеличивается с ростом температуры.

Рис. 27. Температурная зависимость предела прочности эвтектик с пластинчатым строением. Сравниваемые жаропрочные сплавы: ------------------MAR-M200 D. S [47];-----------• ---- TRW-NASA VA[53]

фазы. Имеются сообщения о двух работах по исследованию процесса ползучести в эвтектиках с пластинчатым строением. В обеих

где k — константа, связанная непосредственно со свойствами материала; Q — энергия активации процесса ползучести. Путем измерения скорости ползучести материалов с одинаковой структурой при двух температурах и постоянном напряжении определяли энергию активации процесса ползучести. В случае эвтектического сплава Ni3Al (Y') — Ni3Nb (б) энергия активации процесса ползучести составляла около 150 кка л/моль [63]. Хорошее соответствие между этой измеренной величиной и значением, полученным Корниловым и др. [28] для изолированной фазы Ni3Nb (Q = = 157 ккал/моль), интерпретировалось авторами как свидетельство того, что процесс ползучести в эвтектической композиции контролируется ползучестью б-фазы. По данным работы Косовски [29], эвтектика Ni — Сг с пластинчатым строением имеет энергию активации процесса ползучести 80 ккал/моль. Это позволило связать деформацию на установившейся стадии ползучести с диффузионными процессами; такое заключение вытекает из оценки энергии активации диффузии в богатых никелем и хромом фазах, а именно 70 и 75 ккал/моль соответственно. Эти данные также согласуются с тем, что скорость ползучести наиболее жаропрочной, богатой хромом фазы контролируется диффузионными процессами. Мы предпочитаем последнюю трактовку.

На рис. 29 приведено аналогичное сопоставление свойств эвтектических композиций с пластинчатым строением и жаропрочных сплавов. Показано, что пластинчатая эвтектика Ш3А1— Ni3Nb, полученная при скорости кристаллизации 2 см/ч, обладает лучшими свойствами во всем температурном интервале, представленном на графике. При напряжениях 345 и 138 МН/м2 разрушение за 1000 ч наступает при температурах 945 и 1055° С соответственно. Эта эвтектика имеет пластинчатое строение^ поэтому она

Рис. 29. Кривые параметра Ларсена ~ Миллера для разрушения эвтектик с пластинчатым строением. Сравниваемые жаропрочные сплавы: --------------MAR-M200 D. S. [46]; —-------—-----TRW-NASAVIA [53]

Наплавка циркония при подаче защитного газа через сопло горелки вызывает загрязнение циркония азотом и кислородом (1,18% Оа; 1,35% N2) с образованием пластинчатой структуры ос-фазы, обладающей высокой твердостью и затрудняющей обработку панлавлетигого слоя. При наплавке в камере с контролируемой средой металл получается значительно чище (0,126% О2; 0,01 % N2), с образованием структуры а-фазы и большим количеством мелких игольчатых включений, но без крупных пластинчатых включений а'-фазы. Наплавленный по этому варианту металл не затрудняет механическую обработку.

Оценка влияния на распространение усталостных трещин параметров структуры сплава ВТ6 (размера ос-зерна для глобулярной структуры и размера ос-колонии для пластинчатой структуры) показала, что они коррелируют с размером очаговой трещины и размером зоны пластической деформации в конце этой трещины. Влияние параметров структуры на величину KIS, а также на показатель степени при КИН не выявлено.

Начальное развитие усталостной трещины при низкой асимметрии цикла сопровождалось формированием усталостных бороздок, а переход к высокой асимметрии цикла более 0,8 вызывал смену механизма разрушения, что выражалось в формировании псевдобороздчатого рельефа излома без усталостных бороздок. При этом развитие трещины происходило по плоскостям скольжения путем пересечения пластинчатой структуры. Однако формирования фасеточного рельефа излома (межфазовое разрушение), который характеризует чувствительность материала к условиям его нагружения, не происходило.

для титановых сплавов при их нагружении с высокой асимметрией цикла не всегда оказывает такое же влияние на процесс роста трещины, как и в случае припорогового роста трещины с низкой асимметрией [31]. В области начального роста трещины, пока размер зоны пластической деформации перед вершиной усталостной трещины меньше размера субзерна или колонии двухфазовой структуры, разрушение может происходить по границам субзерна с формированием фасеточного рельефа излома. Приведенные выше результаты исследования сплава ВТ8 показывают, что даже при высокой асимметрии цикла и низкой СРТ (малый размер зоны пластической деформации) трещина развивалась внутри блоков пластинчатой структуры, а не по ее границам. Такие экспериментальные данные показывают следующее.

ную структуру приводило к 10-кратному возрастанию СРТ во всем диапазоне скоростей от 10~8 до 1СГ5 м/цикл [74]. Сопоставление полных долго-вечностей указанных типов структур свидетельствует о том, что у пластинчатой структуры она либо ниже, либо такая же, как и у других структур [75, 76]. Это указывает на более короткий инкубационный период разрушения в сплавах с пластинчатой структурой по сравнению со сплавами с переходной и глобулярной структурой. Отсюда видно, что в местах зарождения трещин желательно иметь глобулярную структуру, а в зонах распространения трещин — пластинчатую.

той структуры, где материал не может проявить своих пластических свойств. Дальнейшее ускорение трещины при введении выдержки с постоянной нагрузкой такого материала может быть связано с тем, что выдержка вызывает еще большее снижение прочности межфазовых границ, приводя к ускорению трещины, либо с тем, что трещина начинает подрастать непосредственно во время выдержки. Возможно также сочетание этих факторов. Смена механизма роста трещины связана с переходом к распространению усталостной трещины во время выдержки образца под нагрузкой. В этом случае ускорение трещины в несколько раз происходит из-за квазихрупкого ее подрастания по границам пластинчатой структуры в соответствии со скоростью потери межфазовой прочности. Пластическая деформация материала в этом случае не проявляет себя в увеличении зоны пластической деформации и затуплении вершины трещины. Поскольку рост трещины не тормозится зоной пластической деформации, то интенсивность подрастания трещины в цикле нагружения может нарастать по мере увеличения длины трещины.

Разрушения дисков в районе первого и второго пиков наработки в эксплуатации происходят в результате роста трещины по межфазовым границам путем формирования фасеточного рельефа, что отражает чувствительность материала дисков к условиям их нагружения (как правило, трапецеидальная форма цикла). Трещина распространяется по границам фаз материала в течение его выдержки под нагрузкой, реализуемой в полете на длительных стационарных режимах работы двигателя. Такая ситуация связана с наличием остаточных напряжений в материале диска в процессе его изготовления по межфазовым границам или границам колоний пластинчатой структуры (см. главу 7).

между собой долей пластинчатой структуры. В ступице структура была глобулярной, а в ободе преимущественно глобулярной, но с некоторой до- лей (10-15 %) пластинчатой структуры. Это обстоятельство оказалось непринципиальным для исследования особенностей кинетики усталостного разрушения дисков, как показали результаты последующего анализа поверхностей разрушения.

1) Поскольку огрубление пластинчатой структуры начинается в дефектных областях, термическая стабильность зависит от плотности дефектов.

Изучение структурных изменений материала в процессе циклического нагружения проводилось поэтапно для каждой частоты испытаний после числа циклов нагружения, соответствующего 0,17Vpa3p, 0-5Лгразг,, 0,9Лтраар и Жразр. Структура изучалась методом трансмиссионной электронной микроскопии на фольгах, полученных с использованием струйной электрополировки. Основной легирующий элемент в изученных сплавах — алюминий. В исходном состоянии (рис. 2, а) материал характеризуется наличием пластинчатой структуры с размером а-пластин 5—7 мкм. Вдоль границ и гидридов обнаруживаются частицы Ti3Al. Гидридные выделения имеют в основном форму пластин, расположенных главным образом в плоскостях пирамиды по субграницам и а/р-границам [7]. Для дислокационной структуры типично наличие сеток и двойников в а-фазе. ГЦК прослойки отсутствуют. Распределение дисклокаций по объему неравномерно, хотя встречаются отдельные а-зерна со сравнительно равномерным распределением линейных и слегка изогнутых коротких дислокационных отрезков.

Обеспечение нормальной работы узла трения обычно достигается путем введения смазки, разделяющей рабочие поверхности, скользящие одна относительно другой. Благодаря этому, трение переносится в глубь смазочного слоя и определяется вязкостью смазки. Однако при необходимости эксплуатации механизмов в условиях высоких температур и вакуума применение имеющихся смазок становится невозможным вследствие их окисляемости и испарения. В результате работа узла происходит, по существу, в условиях сухого трения. В таких условиях надежно при достаточно низком коэффициенте трения и малом износе могут работать лишь немногие материалы. Одним из таких материалов является графит. В настоящее время имеется значительное число антифрикционных марок графита, созданных за рубежом и в нашей стране. Создание и изучение трения антифрикционных марок графита производится в Институте машиноведения в Москве и других организациях. В результате многочисленных работ установлено, что низкий коэффициент трения графита является следствием его пластинчатой структуры. Под воздействием касательных напряжений на поверхности графита образуется ориентированный слой, состоящий из чешуек, расположенных параллельно одна другой. Эти чешуйки расположены таким образом, что нормаль к их поверхности наклонена под углом 5—10° навстречу движению контртела. При изменении направления движения происходит довольно быстрая переориентация, сопровождающаяся некоторым повышением коэффициента трения. При работе пары металл—графит поверхность металла быстро покрывается слоем графита и в дальнейшем, по сути дела, происходит трение между двумя графитовыми поверхностями. Такого взгляда на механизм трения графита придерживаются исследователи в разных странах.




Рекомендуем ознакомиться:
Переходные характеристики
Переходных элементов
Переходных температур
Переходная характеристика
Переходной температуры
Переходного контактного
Переходов выполняемых
Переключательной магистрали
Параллельное расположение
Переключения распределителя
Переключение контактов
Перекрытия коэффициент
Перекрывает отверстие
Переливным золотником
Перемешивание компонентов
Меню:
Главная страница Термины
Популярное:
Где используются арматурные каркасы Суперпроект Sukhoi Superjet Что такое экология переработки нефти Особенности гидроабразивной резки твердых материалов Какие существуют горные машины Как появился КамАЗ Трактор Кировец К 700 Машиностроение - лидер промышленности Паровые котлы - рабочие лошадки тяжелой промышленности Редкоземельные металлы Какие стройматериалы производят из отходов промышленности Как осуществляется производство сварной сетки