Основные механизмы упрочнения металлических материалов. Основные требования к поршневым сплавам и технологию их термическая обработка

Билет №12

1. Охарактеризуйте основные механизмы упрочнения металлических материалов.

Прочность – свойство материала в определенных условиях и пределах не разрушаясь воспринимать те или иные воздействия.

Движению дислокаций в реальных кристаллах препятствует ряд факторов:

1)другие дислокации;

2)границы зерен и субзерен;

3)атомы растворимых веществ;

4)частицы второй фазы.

Деформационное упрочнение. Упрочнение при пластической деформации обусловлено повышением плотности дислокаций, их взаимодействием приводящее к таким изменениям в структуре, что становится затруднительным их движение.

ГЦК металлы. Первая стадия – стадия легкого скольжения – действует одна система скольжения и единственный фактор упрочнения на первой стадии это задержка части дислокаций у субграниц (которые являются элементами исходной дислокационной структуры).

Вторая стадия упрочнения – стадия линейного упрочнения (множественное скольжение). Начинается при достижении напряжения достаточного для скольжения по вторичным системам скольжения (скольжение становится множественным).

При этом дислокации движутся в пересекающихся плоскостях и они начинают взаимодействовать при этом образуется большое число препятствий и соответственно длина свободного пробега дислокаций уменьшается, значит коэффициент упрочнения увеличивается. Коэффициент упрочнения на всей второй стадии постоянен.

Вторая стадия характеризуется быстрым упрочнением. Линии скольжения будут более коротки и между семействами ранее существовавших линий скольжения будут появляться очень тонкие линии. Их длина линейно уменьшается с ростом деформации. Дислокационная структура на второй стадии зависит от типа решетки и энергии дефекта упаковки (для ГЦК).

1)энергия дефекта упаковки велика – возникает ячеистая структура с тонкими границами ячеек;

2)энергия дефекта упаковки средняя – ячеистая структура с областями сгущения дислокаций и областями свободными от них;

3)энергия дефекта упаковки низкая – образуются плоские скопления дислокаций у барьеров.

Упрочнение за счет диполей, осколков и порогов (два типа:1 – при движении оставляют за собой цепочки вакансий, 2 – цепочки внедренных атомов).

Третья стадия – стадия динамического возврата – происходит перераспределение дислокаций – в результате чего дислокации начинают огибать препятствия или вступать в реакции с дислокациями противоположного знака (аннигилировать).

Зернограничное упрочнение. Границы зерен в металлах и сплавах является непреодолимым преградами в движении дислокаций. Они препятствуют развитию легкого скольжения. Макроскопическая форма изменения начинается после того как скольжение начавшееся в соседних зернах охватывает весь объем металла. Поэтому микродеформация начинается при более высоких напряжениях чем в монокристалле. Дойдя до границы зерна дислокация останавливается так как нет продолжения плоскости и направления скольжения по которым осуществляется сдвиг.

Проникновение дислокации через границу. Если дислокация притягивается к границе зерна она входит в границу превращаясь в зернограничную дислокацию. Либо ЗГД рассыпается на пачку дислокаций с меньшим вектором Бюргерса, либо она может выйти в соседнее зерно изменяя вектор Бюргерса и оставив после себя зернограничную дислокацию с вектором Бюргерса равным разнице этих векторов. При выходе дислокации в соседнее зерно образуется ступенька.

Накопление и испускание дислокаций границей. При увеличении степени дислокации ЗГД перемещается к границе. Происходит процесс испускания дислокаций границей. Каждая ЗГД может выйти в объем только один раз

Субструктурное упрочнение. Этот метод упрочнения основан на создании в металле стабилизирующей субструктуры препятствующей перемещению дислокаций в объеме одного зерна. Элементами субструктуры являются субзерна и ячейки. Субзерна – области отделенные плоскими границами, а сами границы называются субграницы (субзерна еще называются полигонами). Ячейки – области отделенные объемными дислокационными скоплениями, а разделяющие их объемные дислокационные сетки называются стенками ячеек. Если субструктура хорошо развита то имеются дополнительные препятствия для движущихся дислокаций. Вклад элементов субструктурного упрочнения зависит от двух факторов:

1)от величины субструктурных элементов (от размеров субзерен и ячеек);

2)от степени разориентировки субзерен и ячеек.

Упрочнение в сплавах со вторыми фазами. Дисперсионное упрочнение – повышение прочности сплава вследствии образования в нем фаз из-за распада пересыщенного твердого раствора. При распаде твердого раствора создается гетерофазная структура. Перемещаясь в плоскости скольжения дислокации должны либо обходить частицы, либо проходить сквозь них. Увеличивается длина дислокационной линии, следовательно требуется приложение дополнительных напряжений. В связи с этим механизмы дисперсионного упрочнения являются наиболее эффективными. На величину работы продвижения дислокаций влияют два фактора:

1)напряжение, возникающее на межфазных границах;

2)увеличение поверхности раздела между частицей-матрицей при рассечении частицы дислокацией.

По мере роста частиц пресечения их увеличится. Дислокации будут вести себя различно, в зависимости от расстояния между частицами:

1)расстояние велико, дислокации проходят между частицами;

2)расстояние мало, дислокации вынуждены перерезать частицы т.к. напряжение не достаточно, чтобы изогнуть дислокацию.