1. Направления повышения эксплуатационных свойств конструкционных материалов.

Направления повышения эксплуатационных свойств конструкционных материалов

 

 

 

Критерием пригодности материала, как конструкционного, является наличие совокупности свойств, которые обеспечат его работоспособность в заданных условиях. Условия работы материала задаются исходя из технических требований к деталям и в целом к изделию. При этом учитываются следующие факторы: величина и характер рабочих нагрузок, срок эксплуатации, масса и габариты деталей, температурный режим работы, химический состав и свойства рабочей среды (наличие коррозионной среды, твердых частиц и т.п.), действие различных полей, излучений и другие.

 

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

 

Металлургическое направление подразумевает:

 

- повышение металлургического качества металлических материалов за счет уменьшения концентрации вредных примесей,

 

- рациональное легирование металлических материалов (введение элементов, улучшающих свойства),

 

- создание материалов с оптимальным сочетанием свойств на основе композитов и керамики.

 

Технологическое направление включает:

 

- рациональный выбор материала,

 

- эффективное использование всех видов термической обработки,

 

- упрочнение поверхностным и объемным пластическим деформированием.

 

Конструкторское направление, не являясь радикальным, дает возможность:

 

- рационально конструировать детали с минимально возможной концентрацией напряжений,

 

- предусмотреть близкую по величине скорость охлаждения всех сечений при литье и термической обработке,

 

- уменьшить величину упругих деформаций, например, за счет возможной замены изгиба растяжением-сжатием, увеличения момента инерции сечения деталей и других способов увеличения жесткости без увеличения массы деталей

 

 

1. Разновидности отжига первого рода.

Основные разновидности отжига первого рода - диффузионный (гомогенизационный), рекристаллизационный, релаксационный (для уменьшения остаточных напряжений).

 

Диффузионный отжиг - нагрев до Т~0,8-0,9 Tпл, длительная выдержка (более 20 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 из жидкого состояния.

 

Рекристаллизационный отжиг- нагрев холоднодеформированного материала до температур, при которых исчезают нежелательные изменения структуры и свойств, вызванные пластической деформацией, и происходит переход материала в более равновесное состояние.

 

Необходимость рекристаллизационного отжига вызвана тем, что в процессе холодной пластической деформации изменяются в негативном направлении многие физико-химические свойства, например, такие как пластичность, электропроводность, магнитная проницаемость, коррозионная стойкость.

 

При полном рекристаллизационном отжиге - нагреве до Т>0,4 Tпл появляются центры новых зерен, которые в дальнейшем растут, заполняя объем, пока не исчезнет предшествующая деформированная зеренная структура. Процесс появления и роста новых зерен называют рекристаллизацией. Свойства материала восстанавливаются до первоначального уровня. Новая зеренная структура с низкой концентрацией дефектов обладает, как правило, изотропностью свойств, высокой пластичностью и малой твердостью, поэтому данная ТО чаще всего используется как предварительная перед холодной обработкой давлением.

 

Релаксационный отжиг - нагрев до T<0,4 Tпл, при которых происходит уменьшение (релаксация) остаточных напряжений до безопасного уровня с последующим охлаждением со скоростью, не допускающей образования новых остаточных напряжений.

 

Остаточными называются напряжения, существующие в твердом теле в отсутствие внешних воздействий. Их появление возможно за счет неравномерной пластической деформации, неравномерного охлаждения, фазовых превращений и т. п. Это недопустимо для точных деталей и упругих элементов, так как в них за счет сложения приложенных и остаточных напряжений развивается пластическая деформация, изменяющая форму и размеры изделий. Релаксационный отжиг (часто называемый стабилизирующим отжигом, старением, отпуском) включается в технологический процесс изготовления деталей после литья, обработки резанием, шлифования и механической обработки.