ОТЖИГ 1-ОГО РОДА

1. Дайте опр-ия процесса отжига металлов и сплавов в общем виде.

Понятие отжига в общем виде включает операции Т.О., направленные на восстановление равновесного состояния металлического вещества, нарушенного при технологической предыстории получения обрабатываемого изделия.

2. Какие виды отжига объединены единым понятием отжига 1-ого рода и почему?

К отжигу 1-ого рода отнесены виды, в процессе которых фазовые превращения не протекают, а если и протекают, то не оказывают влияния на основные результаты обработки структуру сплава (уменьшающий напряжения, гомогенизационный, рекристаллизационные виды отжига, увеличивающий зерно).

3. К каким материалам и изделиям применяют гомогенизационный отжиг?

Применяют для материалов и изделий, которые имеют хим. неоднородность в структуре.

Отжиг применяется для слитков и отливок. Наиболее широко гомогенизационный отжиг используется для сталей, алюминиевых и некоторых медных и магниевых сплавов.

4. С какими целями применяют гомогенизационный отжиг?

Целью гомогениз. отжига является устранение хим-их неоднородностей в структуре, вследствие чего повышается пластичность материала отливок, улучшается технологичность слитков при обработке давлением, повышается однородность структуры готовых изделий и улучшается комплекс их св-в.

5. Какие диффузионные процессы, протекающие при кристаллизации твердых растворов, обеспечивают достижение равновесных концентраций ком-ов в фазах и кол-ва фаз в сплавах, описываемых диаграммой фазового равновесия?

6. Чем отличается структура сплава системы Cu-Ni, полученного кристаллизацией в земляную форму, от структуры, описываемой равновесной диаграммой состояния?

В условиях реальных скоростей охл-ия кристаллизующегося сплава (в земляной форме) практически всегда будут развиваться диффузионные процессы обмена на межфазной поверхности в течение всего периода кристаллизации и практически полностью подавляться гомогенизирующая диффузия внутри растущего твердого кристалла. Это приведет к нарушению равновесных условий кристаллизации и получению химической неоднородности в конечной структуре литого сплава.

7. Подавление, каких процессов, протекающих при кристаллизации, приводит к возникновению в структуре сплава дендритной ликвации? В каких температурно-временных условиях возникает этот структурный дефект?

Нарушение равновесия при кристаллизации твердых растворов обусловлено подавлением диффузионных процессов, которые должны обеспечивать полноту перераспределения ком-ов между фазами и внутри каждой из фаз. По сечению кристалла, формирующегося при неравновесной кристаллизации, возникает хим-ая неоднородность – дендритная ликвация.

Увеличение скорости охл-ия при кристаллизации до 10² – 10⁴ К/с приводит к максимальным степеням дендритной ликвации, т.к. может оказаться полностью подавленной диффузия в твердой фазе, а обменная на границе раздела фаз еще развивается достаточно полно.

8. После неравновесной кристаллизации сплавов систем Cu-Ni и Cu-Sn возникла дендритная ликвация синусоидальным распределением ком-ов по сечению дендритов. Приведите графики распределения ком-ов по сечению кристаллов в указанных сплавах.

Поскольку в данных системах кристаллизация идет с образованием тонкоразветвленных дендритов кристалла, то различия по хим-ому составу в связи с образованием внутрикристаллитной ликвации наблюдается не по сечению макрокристалла, а по сечению их ветвей, образующих дендритные ячейки. Хим-ая неоднородность в макрообъемах может быть описана как регулярная неоднородная система: соединение ком-ов в которой хар-ся синусоидальным распределением по сечению.

C a, Cb – концентрации ком-ов а и b соответственно (причем а более тугоплавкий); Сm – конечная концентрация по неравновесному солидусу; Со – конечная концентрация по равновесному солидусу.

Из данной диаграммы видно, что в центре зерно обогащено ком-ом а, более тугоплавким, а по границам ком-ом b, менее тугоплавким. В системе Cu-Ni более тугоплавким является Ni, поэтому центр будет обогащен Ni, а границы Cu. В системе Cu-Sn более тугопл-им является Cu, поэтому в центре больше концентрация Cu, а по границам Sn.

10. Какие дополнительные виды хим-ой неоднородности кроме дендритной ликвации образуются при неравновесной кристаллизации в системах с ограниченной растворимостью ком-ов в твердом состоянии? Каковы причины образования этих неоднородностей? К каким последствиям они приводят?

Возникают неравновесные структурные составляющие, которые располагаются по границам кристаллизующихся дендритных кристаллов, либо по границам дендритных ячеек. Образование их обусловлено тем, что при крист-ии неравновесной жидкости ее состав может достигнуть значений, при которых она становится способной участвовать в трехфазных нонвариантных реакциях эвтектического или перетектического типа, формируя соотв. структурные составляющие.

Последствия:

- понижение солидуса (понижение t-ры плавления, что может привести к появлению горячих «трещин», микропористости);

- понижение коррозионностойкости (приводит к межкристаллитной коррозии и коррозинному растрескиванию);

- пересыщение твердого раствора (при эксплуатации изделие может распадаться, вызывая изменения св-в сплавов , размеров и формы);

- понижение пластичности;

- формирование строчечных структур (появление анизотропии св-в).

11. Сравните, в каких температурно-временных условиях охл-ия при кристаллизации окажется больше степень хим-ой неоднородности и почему: 1 – охл-ие очень медленное (по 1 градусу в мин.); 2 – средняя скорость охл-ия при кристаллизации в земляной форме (по 50 градусов в мин.); 3 – охл-ие очень быстрое (между медными водоохлаждаемыми плитами (по 1000000 градусов в сек.)).

3 - увеличение скорости охлаждения при кристаллизации до 10²-10⁴ к/с приводит к максимальным степеням дендритной ликвации, так как при этом может оказаться полностью подавленной диффузия в твердой фазе, а обменная диффузия на границе раздела фаз еще развивается достаточно полно.

12. Какие виды структурных дефектов хар-ют полуфабрикаты и изделия, не прошедшие в полной мере гомогенизационный отжиг: 1 – конструкционная среднелегированная сталь для крупных заготовок; 2 – катаная быстрорежущая сталь; 3 – отливки из термически упрочняемых алюминиевых сплавов? Как эти структурные дефекты могут сказаться на св-ах изделий?

Неполная гомогенизация материала слитка приводит к сохранению в нем химически неоднородного твердого раствора, частиц неравновесных структурных составляющих, которые при последующей пластической деформации вытягиваются в направлении действия основных растягивающих напряжений (в направлении прокатки, прессования, волочения), в связи с чем в готовом изделии будет наблюдаться резко выраженная анизотропия св-в.

13. Основываясь на уравнении, описывающим ход гомогенизации, укажите, какой из технологических параметров отжига (t-ра или время выдержки) следует увеличивать в первую очередь для наиболее полной гомогенизации по сечению зерен твердого раствора и почему.

Основываясь на уравнении, описывающем ход гомогенизации, можно показать, что для увеличения полноты гомогенизации в первую очередь необходимо увеличивать t-ру процесса, т.к. скорость развития диффузионных процессов в экспоненциальной зависимости увеличивается с ростом t-ры, особенно при t-ах, приближающихся к t-ре плавления рассматриваемого сплава.

15. Какое влияние на структуру и св-ва сплавов после отжига-гомогенизации оказывает скорость охл-ия с

t-ры отжига и как ее назначают для разных сплавов?

Д ля избежание термических напряжений, которые могут привести к образованию трещин или короблению изделий охлаждение часто проводят медленно (вместе с печью). Наряду с этим при назначении режимов охл-ия наибольшее значение уделяют учету развивающихся при охлаждении фазовых превращений. При этом применяют такие способы и скорости охл-ия, при которых в результате развития фазовых превращений дополнительно возрастает пластичность сплавов.

16. Укажите, с какой целью проводится ступенчатый режим отжига – гомогенизации магниевых сплавов с большим содержанием Al и Zn, и за счет каких эффектов эта цель достигается?

Структура магниевых сплавов легированных Al и Zn, хар-ся получением после неравновесной крист-ии эвтектических неравновесных структур составляющих в виде непрерывной сетки по границам зерен. Для полного растворения этих структурных составляющих используют ступенчатый режим гомогенизации, выполняя нагрев сплавов сначала до t-ры 370-380º С с 3-х часовой выдержкой, а затем подогревая до 410-415º С с такой же выдержкой. На первой стадии достигается частичное растворение неравновесной структурной составляющей, за счет чего обеспечивается исчезновение пленки на двойных границах между соседними зернами, приводя к установлению связи между зернами тв. раствора, пока еще химически неоднородного, а на второй стадии достигается завершение растворения остатков неравновесных составляющих и полная гомогенизация тв. раствора.

17. Как изменяются основные св-ва сплавов в результате отжига-гомогенизации (относительное удлинение, временное сопротивление разрыву, ударная вязкость, коррозионная стойкость)?

Сильное влияние гомогенизационный отжиг оказывает на показатели пластичности, ударной вязкости и на усталостные хар-ки (повышаются).

Коррозионная стойкость увеличивается, т.к. уменьшаются дефекты.

Гомогенизационный отжиг может не только улучшить, но и ухудшить такое св-во как временное сопротивление.

20. Какие ограничения существуют к применению отжига при t-ре выше неравновесного солидуса? К каким структурным эффектам может привести этот отжиг и как скажется он на св-ах, если произойдут эти нежелательные явления?

Увеличение кол-ва примесей в очаге плавления может вызывать окисление основного металла легирующих ком-ов, образование хрупких хим. соединений. В этом случае последующая кристаллизация очагов оплавления будет приводить к усадочным явлениям, которые вызывают возникновение пористости и трещин, что свойственно явлениям пережога (резко понижаются все мех-ие св-ва).

Отжиг выше неравновесного солидуса не проводится, если в сплавах неравновесная структурная составляющая, образующаяся при неравновесной крист-ии, располагается в виде сплошной пленки по границам зерен. Для таких сплавов отжиг при t-ре выше неравновесного солидуса приводил бы к нарушению межзеренных связей сразу по всем межзеренным поверхностям, деформации и разрушению изделий.

ОТЖИГ УМЕНЬШАЮЩИЙ НАПРЯЖЕНИЯ

1. Дайте опр-ия термических и структурных напряжений, возникающих в изделиях при т.О. Укажите причины их возникновения.

Макронапряжения, вызванные неодновременностью или неодинаковостью протекания структурных и фазовых превращений в различных зонах изделия – структурные напряжения. Структурные изменения практически всегда приводят к изменению удельных объемов, в связи с чем неодинаковость изменения объема поверхности слоев и сердцевины изделия при различных структурных изменениях в указанных зонах детали будет вызывать появление структурных напряжений.

Макронапряжения, вызванные t-ым градиентом по сечению изделий при быстрых нагревах и охл-ях – термические напряжения.

2. Что такое напряжения первого рода? Укажите причины их образования. Укажите виды напряжений первого рода, обусловленные технологическими операциями, при которых они образуются, особенности их возникновения.

При литье, сварке, обработке давлением и термообработке в изделии могут возникать остаточные напряжения, уравновешивающиеся в объеме всего тела или отдельных его макрочастей без участия внешних сил. Такие напряжения наз-ют зональными или напряжениями 1-го рода. Возникающие в реальных условиях получения и обработки изделий напряжения никогда не могут быть вызваны только одной причиной. Практически во всех случаях их уровень и характер распределения является результатом влияния сразу нескольких причин. Но каждому технологическому процессу свойственен определенный набор факторов, определяющих напряженное состояние изделия в целом, причем общий уровень и распределение напряжений по сечению изделий опр-ся местными условиями возникающих t-ых градиентов, характером структурных превращений, механическими затруднениями релаксационных процессов и св-ми материала изделия. В связи с этим возникла классификация остаточных внутренних напряжений по видам операций, при которых они возникают. Напряжения в этой связи могут быть: литейными, закалочными, шлифовочными.