Основные структурные изменения в сплавах при гомогенизационном отжиге. Особенности зарождения фаз на границах зерен

Федеральное агентство по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский Государственный индустриальный университет

Кафедра М и ОМД

Курсовая работа по теории термической обработки.

Выполнила: ст.гр. МОМ-06 

Проверил:

Новокузнецк

2009

Содержание:

Вопрос №1……………………………………………………………………………3

Вопрос №2……………………………………………………………………………7

Вопрос №3…………………………………………………………………………..10

Вопрос №4…………………………………………………………………………..13

Вопрос №5…………………………………………………………………………..15

Вопрос №6…………………………………………………………………………..16

Вопрос №7…………………………………………………………………………..19

Вопрос №8…………………………………………………………………………..23

Вопрос №9…………………………………………………………………………..25

Вопрос №10…………………………………………………………………………27

Список используемой литературы...........................................................................31

1. Дайте определение отжига первого рода. Опишите основные структурные изменения в сплавах при  гомогенизационном отжиге.

Отжиг первого рода частично или полностью устраняет отклонения от равновесного состояния, возникшие при предыдущей обработке, причем его проведение не обусловлено фазовыми превращениями. Основные параметры: температура нагрева и время выдержки.

Гомогенизационный отжиг – это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной ликвации.

В однофазных сплавах, например в медноникелевом сплаве системы с непрерывным рядом твердых растворов, главный процесс при гомогенизационном отжиге — выравнивание состава зерен твердого раствора, т. е. устранение внутрикристаллитной ликвации (рис. 1). В сплавах, содержащих неравновесную избыточную

Рисунок 1. Микроструктура сплава Cu-20%Ni. X100: а- после литья; б- после отжига при 1000°С в течение 40 ч.

фазу, например, в сплаве при гомогенизационном отжиге могут протекать два основных процесса: выравнивание концентрации внутри зерен твердого раствора и растворение неравновесных избыточных фаз. В основе этих процессов лежит диффузия, и поэтому гомогенизационный отжиг называют также диффузионным. Отрезок pq соответствует сечению дендритной ячейки первичной α-фазы,а hp-сечению включения второй фазы (β) на границе дендритной ячейки. Вертикальный скачок концентрации у границы дендритной ячейки соответствует расположению здесь включения второй фазы.

В самом начале выдержки при гомогенизационном отжиге на границе дендритной ячейки с избыточной  β-фазой устанавливается равновесная концентрация α-раствора, соответствующая точке предельной растворимости при температуре гомогенизации. Эта концентрация периферийного слоя      α-раствора поддерживается постоянной до тех пор, пока существует избыточная β-фаза (см. рис. 2).

Рисунок 2. Схема распределения лэ по сечению дендритной ячейки α-раствора с β-фазой на ее границах в начальный (1), промежуточный (2) и конечный (3) моменты гомогенизации.

Выравнивание состава внутри дендритных ячеек является контролирующим звеном гомогенизации, определяющим скорость и время полного растворения избыточной фазы. Постепенно граница α/β  перемещается в сторону растворяющейся β-фазы, а состав α-фазы по сечению дендритной ячейки выравнивается (см. пунктирные линии на рис. 2, соответствующие разным моментам гомогенизации).

Рисунок 3. Зависимость объемной доли растворяющихся структурных составляющих и относительного сужения от времени гомогенизации слитка дуралюмина.

Температура входит в показатель степени выражения для коэффициента диффузии, и, следовательно, сравнительно небольшое повышение температуры должно значительно ускорить диффузию. Обычно гомогенизационный отжиг проводят при температурах выше 0,90—0,95 Т_пл, (по абсолютной шкале), но ниже точки солидуса сплава, иногда температура гомогенизации находится в интервале 0,8—0,9 Т_пл.

Время выдержки при гомогенизационном отжиге обычно колеблется в пределах от нескольких до десятков часов (не считая времени прогрева). Повышая температуру, можно сократить время выдержки при отжиге,

Зависимость времени окончания растворения избыточной фазы от средней толщины частиц растворяющейся фазы τ_р подчиняется уравнению

τ_р =am^b ,                                                                                                  (1)

где а и b — константы для данного сплава и данной температуры гомогенизационного отжига. Показатель степени в этой формуле для алюминиевых сплавов находится в пределах 1,2—2,5.

В результате дендритной ликвации возникает химическая микронеоднородность внутри кристаллов твердого раствора — основы сплава и могут появиться неравновесные избыточные фазы. Например, в сплаве х₁ на рис. 4 при равновесной кристаллизации состав во всем объеме α-раствора изменяется по кривой bs,и кристаллизация заканчивается в точке равновесного солидуса s, без образования эвтектики. При неравновесной кристаллизации состав позднее образующихся слоев α-раствора, обогащенных компонентом В, и состав ранее образовавшихся слоев не успевают выровняться, средний состав первичных кристаллов в сплаве х₁ изменяется по линии bc, и кристаллизация его заканчивается при эвтектической температуре (точка m).

Рисунок 4.Неравновесный солидус и кривая изменения среднего состава твердого раствора.

По окончании кристаллизации сплава х₁ в дендритных ячейках — сечениях ветвей дендритов концентрация легирующего элемента минимальна в середине, а в поверхностном слое соответствует точке предельной растворимости при эвтектической температуре (точка а на рис. 4). В этом сплаве, который в равновесных условиях должен быть однофазным, в результате дендритной  ликвации кристаллизуется неравновесная эвтектика, количество которой равно cm/ce. Очень часто неравновесная эвтектика вырождается в β-фазу