Материалы тест №2

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Сопротивляемость разрушению, обусловленномукоррозией

В процессе коррозии под влиянием агрессивной среды ухудшаются свойства пластичности, прочности, включая усталостную и жаропрочность. Это происходит засчет:

снижение несущей способности деталей из-зауменьшения их сечения,

появление концентраторов напряжений в местах локальной (язвенной, межкристаллитной , фреттинг) коррозии,

проникновения продуктов коррозии по полосам скольжения вглубь материала, способствующего образованию усталостных трещин,

усиления действия агрессивной среды вблизи концентраторов напряжений,

одновременного действия агрессивной среды и остаточных или рабочих напряжений растяжения.

Повышение долговечности связанос защитой от коррозии и ееразрушительного влияния засчет:

1.применения защитных покрытий и протекторов,

2.использования материалов высокой коррозионной стойкости,

3.устранения влияния концентраторов напряжений,

4.снижения уровня растягивающих напряжений в поверхностных слоях деталей,

5.исключения электрического контакта материалов с разным электродным потенциалом,

6.применения ингибиторов, снижающих агрессивность коррозионной среды.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Радиационнаястойкость

Под радиационной стойкостью понимают сопротивляемость изменению структуры и состава, вызванному воздействием облучения частицами высоких энергий (нейтронов, протонов)

Воздействие облучения приводит к образованию межузельных атомов, вакансий, пор и дислокационных петель при схлопывании вакансионных дисков в металлических кристаллах. Это приводит:

к упрочнению и уменьшению пластичности засчет блокировки движения дислокаций,

к уменьшению коррозионной стойкости, засчет разрушения окисных защитных пленок, наводораживания и снижения электродного потенциала,

к увеличению объема ("распухание"),

к уменьшению жаропрочности засчет появление вакансий и межузельных атомов, увеличивающих скорость диффузии,

к старению полимеров, приводящему к их разрушению засчет разрывамакромолекул или образованияновых межмолекулярных связей, охрупчивающих полимер.

Борьба с вредными последствиями радиационным воздействием заключается:

в использовании материалов с повышенной радиационной стойкостью , которая обеспечивается:

a.увеличением прочности связейв решетке (легирование сталей карбидообразующими элементами Ti , Mo , Nb ),

b.малой поглощаемостью нейтронов в Zr, Be, Al , Mg .

в использовании отжига при температурах близких к рекристаллизации, что приводит в первую очередь к уменьшению концентрация точечных дефектови возможному залечиванию пор под давлением.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Пути повышения эксплуатационных свойств конструкционных материалов

Для изготовления деталей конструкций различных изделий (приборов, машин, технологического оборудования и др.) применяют, как правило, конструкционные материалы.

Критерием пригодности материала, как конструкционного , являетсяналичие комплекса свойств, которые обеспечат его работоспособность в заданных условиях. Условия работы материала задают исходя из технических требований к деталям и в целом к изделию. При этом учитываются следующие факторы: величина и характеррабочих нагрузок, срок эксплуатации, масса и габариты деталей, температурный режим работы, химический состав и свойства рабочей среды, действие различных полей, излучений и другие.

Комплекссвойств, обеспечивающихэксплуатационныетребования

Вкомплекс эксплуатационных свойств могут входить, рассмотренные выше:

1.Конструкционная жесткость, включающая характеристики упругих констант, например, E , E /ρ · g,

2.Статическая прочность, представленнаяхарактеристиками, получаемыми при испытаниях на растяжение ? σ0,2, σВ, σ0,2/(ρ · g) или σВ /(ρ · g) с учетом коэффициентов запасапрочности и параметров пластичности δ, ψ.

3.Эксплуатационная надежность при действии ударных нагрузок и низких температур в присутствии концентраторов напряжения (KCU , KCV , KCT , t50, K 1C ),

4.Эксплуатационная долговечность, включающая следующие характеристики:

сопротивляемость усталостному разрушению - σR , σ-1, Nк,

сопротивляемость изнашиванию - J,

сопротивляемость ползучести - σT é , σT τ

релаксационнаястойкость - σ,

коррозионная стойкость,

радиационная стойкость.

Дополнительно к этому материал конструкционных деталей ответственного назначения, как правило, должен иметь высокую теплопроводность, заданный коэффициент расширения, демпфирующую способность, малый температурный коэффициент модуля упругости и другие свойства.

Повышение характеристик эксплуатационных свойств возможно в трех направлениях: металлургическом, технологическом и конструкторском .

Металлургическое направлениеподразумевает:

повышение металлургического качества материалов (уменьшение концентрации вредных примесей),

рациональное легирование (введениеэлементов, улучшающих свойства),

создание материалов с оптимальным сочетанием свойств на основе композитов и керамики

Технологическое направлениевключает:

рациональный выбор материала,

эффективноеиспользование всех видов термической обработки (ТО),

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность Основные способы повышения

пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость Основные способы

повышения

вязкости Надежность Прочность Основные способы

повышения

прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Основы термической обработки

Под термической обработкой понимают технологический процесс (или совокупность процессов), основанный на изменении температуры материала, цель которого состоит в оптимизации свойств за счет воздействие на его структурно-фазовоесостояние и химический состав.

Родытермическойобработки:

Различают собственно термическую (ТО), термомеханическую (ТМО ) и химико-термическую (ХТО )

обработки, которые состоят из следующих этапов (технологических переходов):

ТО - нагрев, выдержка, охлаждение;

ТМО - нагрев, выдержка, обработка давлением, охлаждение;

ХТО - нагрев, выдержка с насыщением поверхностных слоев легирующими элементами, охлаждение.

Собственнотермическаяобработка

Виды ТО - отжиг , закалка, отпуск , старение .

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Основные разновидности отжига первого рода Основные разновидности отжига второго рода

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химико-термическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Отжиг

Отжиг - ТО, определяющими параметрами которой являются температура нагрева, время выдержки и малая скорость охлаждения (~100 К в час), обеспечивающие необходимую полноту протекания предусмотренных отжигом процессов.

Отличительной особенностью отжига являетсято, что все развивающиеся процессы носят диффузионный, неупорядоченный характери образующиеся структуры близки к энергетически равновесным.

Подвиды отжига:

первогорода (безиспользования фазовых превращений) - для всех видов металлических материалов;

второго рода (с использованием фазовых превращений) - только для материалов испытывающих фазовыепревращения(в частности, для сплавов на основе железа, меди, алюминия, титана, никеля).

Основныеразновидностиотжигапервогорода

диффузионный (гомогенизационный ),

рекристаллизационный, релаксационный (для уменьшения остаточных напряжений).

Основныеразновидностиотжигавторогорода:

полный,

неполный,

нормализационный, изотермический.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности

Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение прочностных свойств

Статическая прочность

Циклическая прочность

Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Основные разновидности отжига первого рода

Рекристаллизационный отжиг Релаксационный отжиг

Основные разновидности отжига второго рода

Закалка

Отпуск

Старение

Термомеханическая обработка Химико-термическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Основные разновидностиотжига первогорода

диффузионный (гомогенизационный ),

рекристаллизационный, релаксационный (для уменьшения остаточных напряжений).

Диффузионныйотжиг - нагрев до 0,8-0,9 Tпл, длительная выдержка (более20 часов), в течение которой происходит выравнивание химического состава в твердых растворах по объему.

Отжиг производится для устранения неоднородности химического состава в твердых растворах, возникающей при ускоренном охлаждении в из жидкого состояния. В процессе кристаллизации в твердых растворах в соответствие с правилом концентраций (разделПонятие о сплавах) в первую очередь образуются центры кристаллизации (часто в виде дендритов), богатые тугоплавким компонентом . По мере охлаждения они увеличиваются засчет наращивания слоями, обедненными тугоплавким компонентом , что приводит к неравномерности химического состава по объему зерен(внутрикристаллической ликвации).

Образующаяся неравномерность концентрации может быть ликвидирована засчет диффузии в условиях достаточно медленного охлаждения после кристаллизации или в процессе диффузионного отжига. При этом устраняются легкоплавкие, часто хрупкие прослойки, присутствовавшие по границам зерентвердых растворов.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности

Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение прочностных свойств

Статическая прочность

Циклическая прочность

Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Основные разновидности отжига первого рода

Рекристаллизационный отжиг Релаксационный отжиг

Основные разновидности отжига второго рода

Закалка

Отпуск

Старение

Термомеханическая обработка Химико-термическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Основные разновидностиотжига первогорода

Рекристаллизационныйотжиг - нагрев холоднодеформированного материала до температур, при которых исчезают нежелательные изменения структуры, вызванные деформацией и происходит переход материала в болееравновесное состояние.

Необходимость рекристаллизационного отжига вызванатем, что в процессе холодной пластической деформации, которая применяется для формоизменения деталей, изменяются в негативном направлении многие физико-химические свойства, например, такие как пластичность, электросопротивление, магнитная проницаемость, коррозионная стойкость. Это связаносо значительным повышением концентрации дефектоввакансий, межузельных атомов, дислокаций, а также изменением формы и ориентации зеренполикристалла, вызывающим анизотропию свойств.

Нагрев холоднодеформированного материала вызывает сначалапостепенное (отдых, полигонизация), а затем резкое(рекристаллизация) изменение структуры и свойств материала.

Причиной структурных изменений являетсястремление материала, как термодинамической системы, перейти в болееравновесное состояние, которое реализуетсяпри нагревеи приводит к уменьшению концентрации дефектов.

При значительном нагреве(>0,4Tпл) появляются центры новых зерен, которые в дальнейшем растут, заполняяобъем, пока не исчезнет предшествующая зеренная структура.

Процесс появления и роста новых зеренназывают рекристаллизацией. Свойства материала полностью восстанавливаются до первоначального уровня.

Управляя степенью холодной пластической деформации и температурой отжига можно получить размер зереннеобходимой величины.

Увеличение степени деформации способствует измельчению рекристаллизованных зерен, так как увеличиваетсячисло центров рекристаллизации.

Увеличение температуры вызывает рост зерен, в связи с тем, что создаются условия для переходасистемы в равновесное состояние, при котором предпочтительна меньшая протяженность дефектовграниц зерен.

Для конструкционного материала, как правило, характернамелкозернистая структура, сочетающая высокую прочность и пластичность, а также однородность.

Наиболее часто применяется полныйрекристаллизационныйотжиг (первичная и собирательнаярекристаллизация>0.4Tпл) - нагрев холоднодеформированного материала выше температуры рекристаллизации(~0.4Tпл) и выдержке, достаточной для прохождения процесса рекристаллизации, при котором образуетсяновая зереннаяструктура с низкой концентрацией дефектов, обладающая, как правило, изотропностью свойств, высокой пластичностью и малой твердостью, чаще всего используется как предварительнаяТО перед холодной обработкой давлением.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности

Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение прочностных свойств

Статическая прочность

Циклическая прочность

Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Основные разновидности отжига первого рода

Рекристаллизационный отжиг Релаксационный отжиг

Основные разновидности отжига второго рода

Полный отжиг

Неполный отжиг

Нормализационный отжиг Изотермический отжиг

Для цветных сплавов

Закалка

Отпуск

Старение

Термомеханическая обработка Химико-термическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Основные разновидностиотжига первогорода

Релаксационныйотжиг - нагрев до температур, при которых происходит уменьшение (релаксация) остаточных напряжений до безопасного уровня с последующим охлаждением со скоростью, не допускающей образованияновых остаточных напряжений.

Остаточными называются напряжения, существующие в твердом теле в отсутствие внешних воздействий. Их появление возможно засчет неравномерной пластической деформации, неравномерного охлаждения, фазовых превращений и т. д..

Неконтролируемые остаточные напряжения могут привести к изменению формы и размеровдеталей и даже к их разрушению.

Известно, что основным способом снижения остаточных напряжений является уменьшение поддерживающих их упругих деформаций. Это осуществляется засчет переходаупругих деформаций в пластические.

Полное исчезновение остаточных напряжений возможно при любом высокотемпературном нагреве, но при этом могут произойти нежелательные превращенияв структуре материала и потеря свойств, приобретенных в процессе предшествующих обработок. Поэтому температуры нагревасоставляют не более температуры началарекристаллизации(для технически чистых металлов меньше

0,4Tпл).

Важной особенностью упрочненных материалов, имеющих значительные остаточные напряжения, являетсяих малое сопротивление микропластическим деформациям (малый предел упругости) при значительном сопротивлении макропластическим деформациям (высоком значении пределатекучести). Это недопустимо для точных деталей и упругих элементов, так как в них даже при небольших нагрузках засчет сложения приложенных и остаточных напряжений в местах высокой их концентрации развиваетсялокальнаяпластическая деформация, изменяющая форму и размеры изделий.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности

Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение прочностных свойств

Статическая прочность

Циклическая прочность

Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Основные разновидности отжига первого рода

Рекристаллизационный отжиг Релаксационный отжиг

Основные разновидности отжига второго рода

Закалка

Отпуск

Старение

Термомеханическая обработка Химико-термическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Основные разновидностиотжига второго рода

Наиболее распространен отжиг второго рода для стали, но его используют также для цветных сплавов, испытывающих фазовыепревращения, в частности, такие как выделение вторичных фазиз твердых растворов переменной растворимости и полиморфные превращения.

Отжиг второгородана примереотжигастали

полный,

неполный,

нормализационный, изотермический.

Для получения хорошей технологичности при обработке резанием и давлением сталь должна обладать не слишком большой твердостью в сочетании с хорошей пластичностью, а для получения оптимальных результатов при последующей ТО высокой изотропностью структуры и свойств. Это обеспечиваетсясовокупностью разориентированных, близких по размерам зерен, образующих, чаще всего, мелкозернистую структуру с равномерным распределением изолированных друг от друга карбидных включений.

Поэтому основной целью отжига второго рода являетсясоздание структуры, улучшающей обработку резанием и давлением или подготавливающую сталь к упрочняющей ТО - закалке. Кроме этого устраняется возможная анизотропия свойств, вызваннаятекстурой.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности

Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение прочностных свойств

Статическая прочность

Циклическая прочность

Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Основные разновидности отжига первого рода

Рекристаллизационный отжиг Релаксационный отжиг

Основные разновидности отжига второго рода

Полный отжиг

Неполный отжиг

Нормализационный отжиг Изотермический отжиг

Для цветных сплавов

Закалка

Отпуск

Старение

Термомеханическая обработка Химико-термическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Основные разновидностиотжига второго рода

Полный отжиг используется, в основном, для получения мелкого зернау доэвтектоидных сталей, содержащих до 0,7%C .

Полный отжиг включает нагрев до состояния аустенита (А ) (на 30-50К выше линии GS (Ac 3)) с последующим медленным охлаждением (в нагревательном устройстве), позволяющим в значительной мере происходить диффузионным процессам.

При нагревепроисходит полная фазоваяперекристаллизация, то есть полная перестройка кристаллической решетки ОЦК -ГЦК . Она развиваетсяв перлите из большого количестве центров на границах Ф и Ц, что приводит к образованию мелкозернистого А . Поэтому даже в результатемедленного охлаждения из А формируется мелкозернистая ферритоперлитнаяструктура, обладающая небольшой твердостью, высокой пластичностью и изотропностью свойств.

Для усиления эффектаизмельчения зернаперестройку решетки проводят неоднократно, а также используют ускоренный нагрев, например, токами высокой частоты.