Механизм влияния элементов внедрения на прочность металлических материалов. Основные требования к сплавам для постоянных магнитов и методы определения их свойств

Билет 11.

1.  Объясните механизм влияния элементов внедрения на прочность металлических материалов.

2. Назовите основные требования к сплавам для постоянных магнитов и методы определения их свойств.

3. Вам требуется установить тип и параметры кристаллической решетки, наследуемой фазы в изучаемом сплаве. Как можно решить эту задачу?

1. Объясните механизм влияния элементов внедрения на прочность металлических материалов.

Элементы внедрения Н, N, О, С, имея большие значения атомных радиусов, легко диффундируют в металле. Элементы внедрения могут образовывать: твердые растворы внедрения, фазы внедрения, а также находиться в различных несплошностях (в газообразном состояние).

Твердые растворы внедрения – это твердые растворы, при образовании которых, атомы растворенного элемента располагаются  в междоузлиях кристаллической решетки растворителя. Они образуются на основе переходных металлов (исключение щелочно-земельные ме. Mg, Са, Zr)

В отличие от твердых растворов фазы внедрения имеют собственную решетку, отличную от решетки растворителя.

В случае образования твердых растворов внедрения упрочнение происходит в результате торможения дислокаций примесями внедрения. В случае образования твердого раствора внедрения прочность во много раз больше, чем при образовании тв. Р-ра замещения.

Если в железе присутствуют примеси, то введение водорода ведет к упрочнению металла, вероятно, по причине того, что водород химически взаимодействует с оксидами, карбидами и другими примесями. Увеличение содержания углерода также приводит к увеличению прочности и придела текучести. Значительное влияние Н и N оказывают на свойства сталей, активно участвуют в процессах старения. С целью исследования образцы выдерживали  в атмосфере водорода, затем  закаливали, после этого образцы подвергали старению. Сразу после закалки временное сопротивление образцов непрерывно понижается. После чего происходит повышение прочности.

Водород оказывает влияние на предел прочности и предел текучести железа и стали. Более характерным, является сильное уменьшение пластичности стали. Это  означает, что истинное сопротивление разрыву по мере насыщения металла водородом сильно уменьшается и склонность к хрупкому разрушению повышается.

Примеси внедрения тормозят дислокации по 3-м причинам:

1) из-за изменения (повышения) модуля упругости в области их внедрения (поскольку связь Ме-Х обладает жесткостью в 10 р. Большей, чем Ме-Ме).

2) из-за образования упругих деполей (эти диполи сильнее в ОЦК, сплавы в ГПУ, в ГЦК – только косвенные).

3) из-за слипания диполей и образования пар Х-Х и кластеров (они могут образовываться на больших расстояниях).

-при образовании твердых растворов внедрения, где к-cамоконцентрационное упрочнение.

К=    , 1/2  где Е-модуль Юнга,  м-показатель степени.          К сильно зависит от Т. При низких температурах(4-77)К независимо от типа решетки (ОЦК, ГЦК, ГПУ)0,3-0,7. С повышением температуры 0,2Т,К уменьшается, но для мет-ов с разными типами решетки по разному.

Примеси внедрения образуют атмосферы Котрелла (сегрегации атомов примесей в поле упругих напряжений дислокаций) и Снука (упрочненные сегрегации атомов внедрения в ОЦК решетке, возникшие под действием поля внешних напряжений), этим самым они связывают дислокации и препятствуют их дальнейшему движению, а следовательно увеличению упрочнения.    

Для атомов С и N в решетке Fe  характерны следующие расположения:

1-атомы внедрения находится в октоидрических междоузлиях в трех направлениях.

2- под действием приложенных напряжений возникает тетрагональное искажение решетки, и атомы внедрения занимают ОМ расположенные вдоль главных осей напряжений.

Такие упорядоченные атмосферы Снука блокируют дислокации, т.к. изменение энергии диполя от переориентации сравнимо с энергией его взаимодействия с дислокацией.

Вследствие невысокого блокирующего эффекта ат. Сн. часто движутся вместе с дислокациями.  

2. Назовите основные требования  к сплавам для постоянных магнитов и методы определения их свойств.

Основные требования: предъявляемые к постоянному магниту,- по возможности мощный магнитный поток между полюсами, остающейся после намагничивания магнита. Очевидно, этот поток тем мощнее, чем больше сечение магнита и его остаточная индукция. Чем больше расстояние между полюсами, тем больше размагничивающий фактор, так как при увеличении межполюсного зазора происходит все больший отход от замкнутого состояния (тороид) и приближение к полностью разомкнутому состоянию (прямой стержень).