Упрочнение дисперсными частицами второй фазы

В металлических материалах упрочненных дисперсными частицами второй фазы, определенная доля частиц расположена, как правило, на границах. Такие частицы создают препятствия движению граничных дислокаций, и поэтому можно ожидать, что в системах, содержащих дисперсную вторую фазу, диффузионная ползучесть будет контролироваться движением граничных дис- [c.184]

Стадия III П. м. оканчивается разрывом материала. Разрыв является лишь завершением процесса разрушения, к-рый протекает на всём или почти всём протяжении высокотемпературной П. м. Уже на стадии I обнаруживается образование несплошности материала, сопровождаемое уменьшением его плотности. На стадии II на границах зёрен выявляются поры и трещины, слияние к-рых друг с другом приводит к окончат, разрушению материала. Зародыши трещин и пор могут быть в материале до начала процесса ползучести либо образоваться в результате деформации. Рост пор осуществляется путём диффузии вакансий к ним, взаимного слияния пор и при несогласованности проскальзывания зёрен. Пути повышения сопротивления материалов такие же, как для повышения прочности при комнатных темп-рах. Это — упрочнение растворимыми добавками и создание структуры, содержащей дисперсные частицы вторых фаз. Трудностью при создании материалов высоким сопротивлением П. и. является не получение необходимой структуры и фазового состава материала, а их сохранение при высоких темп-рах длит, время. [c.13]

Механические свойства и хладноломкость стали определяются прежде всего тремя механизмами упрочнения 1) измельчением зерна 2) упрочнением феррита атомами легирующих элементов и примесей, образующими твердые растворы внедрения и замещения 3) упрочнением выделениями частиц второй фазы различной степени дисперсности. Этот вид упрочнения называется дисперсионным. Влияние легирующих элементов на свойства стали [c.261]

Процесс старения характеризуется изменением твердости и прочности. Когерентная связь двух различных решеток, равно как и выпадение весьма дисперсных частиц второй фазы, приводит к резкому повышению сопротивления пластической деформации, к повышению твердости. Однако, если первые три стадии процесса приводят к упрочнению сплава — так называемо.му дисперсионному твердению, то четвертая стадия — коагуляция дисперсных частиц — связана с падением твердости (фиг. 75). [c.711]

Наибольшее упрочнение наблюдается, когда вторая фаза дисперсна, равномерно распределена по объему и расстояние между частицами не велико. [c.116]

Влияние легирующих элементов на свойства стали обусловлено их действием на измельчение зерна, упрочнение феррита за счет образования твердых растворов внедрения и замещения, упрочнением за счет выделения частиц второй фазы различной степени дисперсности и изменением прокаливаемости. [c.598]

Одним из главнейших факторов, приводящих к упрочнению стареющих сплавов ряда цветных металлов, является выпадение в процессе старения мелкодисперсных выделений второй фазы (после закалки). Это явление получило название дисперсионного твердения. В процессе выпадения второй фазы сопротивляемость пластическому течению сначала растет с увеличением размера выделений, а затем начинает снижаться. Максимум упрочнения при этом в большинстве случаев соответствует среднему расстоянию между частицами около 1000 А [11]. Наиболее ярким примером сплавов, обнаруживающих дисперсионное твердение, являются алюминиевые сплавы. У этих сплавов эффект упрочнения зависит главным образом от размера дисперсных частиц. Влияние этого фактора было рассмотрено в гл. I при анализе структурных факторов, вызывающих упроч нение металлов. [c.94]

Таким образом, процесс дисперсионного твердения в закаленных и затем деформированных сплавах протекает более интенсивно, чем в недеформированных сплавах, вследствие чего механические свойства, в особенности предел текучести, повышаются [150—154]. Ускорение процессов выделения упрочняющих фаз из твердого раствора в результате предварительной пластической деформации вполне объяснимо, если учесть, что дислокации могут являться центрами образования частиц дисперсной фазы [153], а так как в результате пластической деформации число (плотность) дислокаций растет, то, следовательно, увеличивается и число центров зарождения второй фазы. В этих условиях энергоемкость сплава после старения (при режиме, соответствующем, максимальному упрочнению) должна существенно возрастать, так как увеличивается однородность поглощения энергии. [c.96]

Применительно к задачам настоящей работы наибольший интерес представляет рассмотрение случаев дисперсного упрочнения выделениями и включениями второй фазы, что в физическом плане можно сформулировать как упрочнение когерентными и некогерентными частицами. [c.71]

Структура и свойства САП. Хотя САП и относится к материалам, упрочняющимся дисперсными частицами, его структура отличается от дисперсионно твердеющих алюминиевых сплавов вследствие различной природы упрочнения матрицы вторыми фазами. Упрочнение дисперсионно твердеющих сплавов происходит в результате выделения дисперсных частиц интерметаллидов при распаде пересыщенного твердого раствора. Поэтому при повышенных температурах вследствие коагуляции и растворения упрочняющей фазы происходит разупрочнение сплавов. [c.106]

Механическое легирование является тем методом, с помощью которого удалось преодолеть недостатки традиционных методов упрочнения материалов дисперсными частицами [507]. Во-Первых, с помощью МЛ можно измельчить упрочняющую фазу до высокой степени дисперсности, во-вторых, — достичь равномерного ее распределения на близких расстояниях. [c.327]

Показано [40, 41, 44—46], что возможности химико-термического упрочнения гораздо шире. Предложенные условия химико-термической обработки позволяют перейти к большим сечениям и получить четырехкратное упрочнение материала, сохраняя достаточную пластичность. Повышение эффекта упрочнения наблюдается при выполнении ряда условий. Известно, что у дисперсной ячеистой структуры, которая формируется в процессе пластической деформации, растворимость элементов внедрения на несколько порядков превышает равновесное значение [47] за счет впитывания этих элементов границами ячеек. Известно также, что выделение избыточной фазы в процессе старения при низких и умеренных температурах затягивается на десятки часов. Оба эти фактора определяют то, что если химико-термическую обработку проводить на нагартованном материале при температуре ниже порога рекристаллизации, в частности при температуре полигонизации, удается получить гомогенизированный перенасыщенный элементом внедрения твердый раствор и предотвратить интенсивное образование второй фазы, а также связанное с этим оседание элементов [40] внедрения вблизи поверхности. После насыщения проводится отжиг при более высокой температуре, обеспечивающий выделение дисперсных упрочняющих частиц и одновременное выравнивание состава по сечению. [c.132]

Из рассмотренного следует, что дисперсионное упрочнение может быть обусловлено как обходом, так и перерезанием частиц дислокациями. При дисперсном упрочнении вторая фаза, как правило, некогерентна матрице, а расстояние между отдельными частицами намного больше минимального радиуса изгиба дислокации. Поэтому здесь дислокации не должны проходить через частицы, а максимальная степень упрочнения должна быть меньше. Однако на практике этот вывод подтверждается только [c.173]

Каждый класс композиционных материалов характеризуется своими закономерностями процессов деформации, которые определяются микроструктурой, деформационной способностью фаз, прочностью их границ. Три основные класса композиционных материалов дисперсно-упрочненные (дисперсионно-твердеющие), упрочненные частицами и армированные волокнами. Во всех трех случаях композицию образует матрица из элементарного вещества или сплава и распределенная в ней вторая фаза (обычно более жесткая, чем матрица), отличающиеся друг от друга микроструктурой. [c.188]

Несмотря на относительное высокое упрочнение феррита легирующими элементами по сравнению с другими твердыми растворами,, абсолютные значения твердости и прочности легированного феррита невелики. При упрочнении феррита на 200—250% твердость достигает значений лишь 160—-200 А/д. Более существенного упрочнения феррита можно достичь введение.м легирующего элемента образующего с углеродом или другими элементами частицы критической степени дисперсности. Выделяющиеся дисперсные частицы, заклинивая плоскости скольжения феррита, дают весьма значительное повышение его твердости и прочности. С этой точки зрения для повышения прочности феррита имеются два пути. Первый путь использование выделений интерметаллических соединений железо — элемент, имеющих ограниченную растворимость в феррите, понижающуюся с понижением температуры, или других интерметаллических соединений (например, нитридов). Второй путь — использование в качестве дисперсной фазы карбида, т. е. применение сталей с карбидообразующими элементами. [c.37]

Легирование стали небольшими добавками титана, ниобия и ванадия до 0,1—0,15 % позволяет получать мелкодисперсные выделения второй фазы типа УС, Т]С, N5 (СЫ), V (СК), эффективно упрочняющие матрицу. Эти же элементы участвуют в упрочнении по первому механизму. Они способствуют измельчению зерна и снижают склонность стали к его росту. На границах зерен образуются дисперсные частицы карбидов и карбонитридов ниобия, титана и ванадия, тормозящие рост зерен при нагревании, Уве,тн-чение содержания этих элементов более 0,15 % значительно меньше сказывается на увеличении прочности, но одновременно повышает склонность стали к хрупкому разрушению. [c.262]

Применяют и комбинированное армирование матриц, например 0 + 1 - упрочнение частицами и волокнами 1 + 2 - упрочнение волокнами и слоями 1 + 2 + - упрочнение волокнами, слоями и частицами и т.д. Эвтектические сплавы, полученные методом направленной кристаллизации, следует отнести к одномерным волокнистым КМ (1) или к КМ с комбинированным армированием (1 + 0 )> если матрица содержит дополнительно дисперсную упрочняющую фазу гетерофазные сплавы с изолированными включениями вторых фаз к нуль-мерным (0 . [c.162]

В отличие от волокнистых композитов в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций и тем повышают ее сопротивление деформации. Высокая прочность достигается при размере частиц 10—500 нм при среднем расстоянии между ними 100— 500 нм и равномерном распределении их в матрице. Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 5—10 % (объемн.). [c.300]

Эффективное упрочнение достигается за счет введения углерода, образующего твердые растворы внедрения. Однако его растворимость в феррите сравнительно невелика, что приводит к снижению упрочняющего эффекта. Высокая прочность мартенсита закалки сопровождается снижением вязкости и необходимостью проведения отпуска. При отпуске образуются карбиды, мартенсит обедняется углеродом и снижается действие твердорастворного механизма упрочнения. При этом, хотя и реализуется третий механизм упрочнения — дисперсными частицами второй фазы, образуются довольно крупные частицы цементитного типа в ферритной матрице. Эти частицы более тверды и хрупки, чем феррит-ная матрица, и при нагружении на поверхности раздела создается объемнонапряженное состояние, приводящее к образованию микротрещин. Принято считать, что увеличение в стали содержания углерода на каждые 0,1 % повышает порог хладноломкости на 20 градусов. [c.262]

В матричном твердом растворе накаплива ются повреждения кристаллической решетки на границах зерен появляются микропоры химический состав матричного твердого раствора изменяется в результате взаимодей ствия с другими фазами. Оптимальная структу ра жаропрочных сталей - твердый раствор упрочненный дисперсными частицами вторых фаз, - является неравновесной. При нагреве с повышением скоростей диффузионных процессов происходит коалесценция частиц вторых фаз, изменяются объемные доли матричного твердого раствора и вторых фаз по сравненшо с исходными, кристаллическая структура и химический состав вторых фаз, образуются новые фазы и т.п. [c.273]

Упрочнение, обусловленное наличием дисперсных частиц второй фазы (Тд.ч), может быть прямым и косвенным. Прямое упрочнение обусловлено непосредственным взаимодействием дислокаций с дисперсными частицами, которые являются барьерами для скользящих в процессе пластической деформации дислокаций. Косвенное взаимодействие связано с возможностью повышения стабильности неравновесного структурного состояния и повышения температуры рекристаллизации при наличии дисперсных частиц второй фазы. Здесь рассматривается прямое взаимодействие. В модели Орована движение дислокаций рассматривается в мягкой и вязкой матрице, содержащей жесткие равноосные частицы упрочняющей матрицы. По Оровану, напряжение определяется необходимостью выгнуть дислокацию между соседними частицами в полуокружность диаметром Л (Л — расстояние между частицами). Поэтому х .ч = 2Р/Ы., где F= = Gft /2 — линейное натяжение. Тогда Тд.ч=ОЬА. [c.221]

Необходимо в этом отступлении сказать еще несколько слов о терминологии. В общем случае упрочнение, достигаемое с применением дисперсных частиц второй фазы, называют дисперсным упрочнением. Однако довольно часто в литературе с той же целью неправильно используется термин дисперсионное упрочнение , который на самом деле справедлив только для рассматриваемого нами частного случая упрочнения когерентными выделениями. Происхождение этой терминологии и связанные с ней ошибки И. Н. Францевич объяснил заимствованием ее из физической химии, в которой существуют понятия, дисперсная фаза (частицы) и дисперсионная фаза (матрица). Поэтому дисперсионное упрочнение — это фактически упрочнение матрицы, создаваемое полями упругих напряжений вокруг когерентных частиц, т. е. основное сопротивление движению дислокаций оказывают не сами частицы, а поля упругих напряжений в матрице. С потерей же когерентности, например, при росте частиц исчезают эти упругие поля и теперь только сами частицы препятствуют движению дислокаций. Такой переход от одного вида упрочнения к другому достаточно, наглядно разобран Анселом [1381. [c.73]

Из пяти основных механизмов упрочнения суперсплавов — твердорастворного, дисперсного (дисперсионного), зернограничного, деформационного и текстурного — от природы сплава зависят первые три. В двух первых случаях упрочнение объясняется действием внутренних напряжений, возникающих в результате внедрения в упругую матрицу либо растворенных атомов (твердорастворное упрочнение), либо частиц второй фазы. Если частицы второй фазы выделяются из твердого раствора при старении, то они называются преципитатами , а упрочнение - дисперсионным. Если же дисперсные частицы искусственно вводятся в сплав, то они называются дисперсоидами , а упрочнение -дисперсным. В этом втором случае речь идет об искусственных компо- [c.303]

Диаметр зерна феррита определяется химическим составом стали и режимами ее обработки. Как правило, присутствие дисперсных частиц второй фазы способствует получению более мелких зерен феррита и повышению Од 2- При определенных режимах горячего деформирования (контролируемая прокатка, термомеханическая обработка) возникает субзеренная структура, когда зерно феррита разделяется дислокационными малоугловыми границами на субзерна. При развитой субзеренной структуре вместо зернограничного упрочнения учитьтается субструктурное упрочнение, определяемое соотношением [c.58]

Влияние кремния проявляется более заметно, особенно на снижении ударной вязкости. При рассмотрении влияния леги-руюш их элементов на структуру металла шва следует учитывать, что марганец имеет атомный радиус весьма близкий железу и при растворении в металле не приводит к суш ествен-ному искажению кристаллической решетки. Легирование феррита кремнием приводит к искажению кристаллической решетки. В связи с этим уменьшается подвижность дислокаций и увеличивается их взаимодействие с атомами внедрения [57, 61, 78]. В таких условиях облегчаются зарождение и развитие треш ин у неметаллических включений, крупных частиц второй фазы, суш ественно снижаются вязкой л астические свойства металла и повышается его склонность к хрупкому разрушению. Из рис. 2.12 следует, что наиболее высокие механические свойства металла шва и, прежде всего, показатели ударной вязкости обеспечиваются при содержании 81 и Мп в пределах 1,0-1,4 % Мп и 0,2-0,45 % 81. При таком уровне легирования обеспечивается достаточное упрочнение ферритной матрицы за счет легирования твердого раствора и образования в ней дисперсных частиц второй фазы. [c.50]

Для выражения коэффициентов в уравнениях (3.61), (3.62) через напряжения, температуру и параметры структуры предстйвим процесс пластического течения в зоне локализации дисперсно-упрочненного сплава в рамках модели расширяющейся дислокационной петли, преодолевающей барьер в виде частицы второй фазы (см. рис. 67). [c.244]

Металлические материалы, упрочненные дисперсными частицами, часто отличаются от однофазных металлических материалов более мелким зерном. Это объясняется тем, что частищ тормозят миграцию границ. Поэтому первоначально предполагалось, что диффузионная ползучесть, благодаря ее сильной зависимости от размера зерен, более важна для материалов, содержащих дисперсные частицы, чем для однофазных материалов. Последующие эксперименты и приведенный здесь теоретический анализ показывают, однако, что это не так и что, наоборот, диффузионная ползучесть такой системы может быть в короткое время совершенно подавлена при достаточно высокой объемной доле частиц второй фазы и соответствующих свойствах этой фазы [99]. [c.189]

Легирующие элементы, вызывающие образование избыточных фаз, усиливают деформационное упрочнение с самого начала пластического течения. При наличии достаточно большого количества дисперсных выделений стадия легкого скольжения может быть полностью подавлена, и кривая упрочнения монокристалла оказывается по виду такой же, как -у поликристалла. По мере деформация таких сплавов степень упрочнения может даже на начальных этапах возрастать за счет образования дислокационных петель между частицами и соответствующего уменьшения эффективного расстояния между ними. Частицы второй фазы затрудняют как консервативное скольжение дислокаций, так и некон-серватив1Ное их движение — поперечное скольжение я переползание. Поэтому они способствуют увеличению коэффициента упрочнения и росту напряжений течения на всех стадиях дефор Мации и практически при всех температурах (хотя, конечно, с повышением температуры их упрочняющее действие ослабляется). [c.133]

Дисперсно-упрочненные композиты представляют собой материал, в матрице которого равномерно распределены мелкодисперсные частицы второго вещества. В таких материалах при нагружении всю нагрузку воспринимает матрица, в которой с помощью множества практически не-растворяюшихся в вей частиц второй фазы создается структура, эф( к-тивно сопротивляющаяся пластической деформации. [c.8]

Выделение частиц второй фазы приводит к значительному упрочнению сплава в результате взаимодействия дислокаций с выделениями. Уровень упрочнения зависит от прочности, с груктуры, размера, формы выделившихся частиц, а также расстояния между ними, характера распределения, степени несоответствия или когерентности их с матрицей и их относительной ориентации. Сопротивление движению дислокаций возрастает с уменьшением расстояний между частицами, т. е. с ростом дисперсности структуры, уменьшение размера частиц с повышением равномерности их распределения при сохранении относительного количества фаз. Поэтому для облегчения механической обработки материала и последующего получения более дисперсной структуры проводится закалка без полиморфного превращения, которая заключается в нагреве сплава до температуры распада избыточных фаз, выдержке и последующем быстром охлаждении, для предотвращения выделений из пересыщенного твердого раствора. В результате закалки получается метастабильный (пересыщенный) твердый раствор, соответствующий точке т на рис. 1.67. Закалка без полиморфного превращения широко применяется для сплавов цветных металлов. Для сталей она применяется достаточно редко, однако характерна для аустенитных сталей, не имеющих полиморфных превращений, и используется для растворения карбидов или интерметаллидов. [c.112]

Введение в структуру сплавов дисперсных частиц фаз внедрения для получения дисперсного упрочнения вызывает повышение предела текучести как за счет сопротивления движению дислокаций со стороны частиц (оач), так и тех микромеханизмов, эффективность которых зависит от концентрации элементов внедрения в твердом растворе (Одэ, (С, N, О), Опэ <Тса). Это обусловлено тем, что в дисперсноупрочненных сплавах при рабочих температурах (0,5—0,77 пл) концентрация элементов внедрения в твердом растворе, находящемся в равновесии со второй фазой, может существенно превосходить их концентрацию в исходном материале. Таким образом, в выражение предела текучести дисперсноупрочненного сплава могут входить следующие слагаемые [c.93]

Из приведенных примеров видно, что для разных содер жаний элементов, образующих дисперсную упрочняющую фазу, кривые изменения прочности однотипны Они разли чаются только тем, что при большом количестве дисперсных частиц на кривых наблюдается максимум вторичной твердости, а при малом количестве его нет, но при этом происходит замедление падения прочности В первом случае явление повышения проч ности обычно характеризуют термином дисперсионное твер дение, а во втором — термином дисперсионное упрочнение Термин дисперсионное упроч нение является более общим, так как применим к процессам, при которых выделяется лю бое количество дисперсных уп рочняющих частиц, тогда как термин дисперсионное тверде ние — лишь к процессам с таким количеством частиц, при котором появляется пик вто ричной твердости [c.116]

Дисперсноупрочненные композиционные материалы, армированные частицами (рис. 3.1, а). По геометрическому признаку эти композиты относятся к одному классу, так как армирующий компонент является нуль-мерным компонентом, имеющим все три размера одного и того же порядка. Частицы второго компонента (фазы) беспорядочно распределены в матрице и в зависимости от их количества могут либо упрочнять матрицу, препятствуя развитию дислокационного скольжения при приложении нагрузки, либо разгружают матрицу, воспринимая часть приложенной нагрузки. В первом случае композиционный материал относится к дисперсноупрочненным, во втором — к армированным частицам и композитам. В дисперсноупрочненных композитах размер частиц d 1 мкм (субмикроструктурированные композиты), а их количество составляет 1...15%. В качестве дисперсных фаз обычно используют оксиды, бориды, карбиды, силициды (см. табл. 3.1). Возможно также использование интерметаллидов [5]. Эффективность упрочнения матрицы некогерентными дисперсными частицами фаз зависит от их размера и расстояния между соседними частицами. Наибольший эффект упрочнения наблюдается при размере частиц меньше 0,1 мкм, расстоянии между ними = 0,01...0,3 мкм и количестве около 15% [4]. Дисперси- [c.190]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...