Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Umocnienie granicami ziarn Granice ziarn – silne przeszkody dla ruchu dyslokacji – powierzchnia granic ziarn stanowi barierę dla poruszających się dyslokacji.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Umocnienie granicami ziarn Granice ziarn – silne przeszkody dla ruchu dyslokacji – powierzchnia granic ziarn stanowi barierę dla poruszających się dyslokacji."— Zapis prezentacji:

1 Umocnienie granicami ziarn Granice ziarn – silne przeszkody dla ruchu dyslokacji – powierzchnia granic ziarn stanowi barierę dla poruszających się dyslokacji na całej długości płaszczyzny poślizgu – większy opór przeciw poślizgowi niż opór stawiany przez odosobnione przeszkody na płaszczyznach poślizgu (czyli obce atomy, wydzielenia lub cząstki obcej fazy). Ogólny przypadek: Płaszczyzny poślizgu w dwóch stykających się ziarnach nie mają wspólnej linii na granicy ziarn. Wektory Burgersa nie leżą w płaszczyźnie granicy. Bezpośrednie przejście dyslokacji z jednego ziarna do drugiego praktycznie niemożliwe.

2 Blokowanie dyslokacji na granicach ziarn Każda dyslokacja w tym spiętrzeniu wywiera naprężenie skierowane do źródła generującego dyslokacje, przyczyniając się w ten sposób do jego wygaśnięcia. Poślizg musi przejść z jednego ziarna do następnego ziarna. Przejście to jest wspomagane przez koncentrację naprężenia na czole stosu dyslokacji. Spiętrzenie dyslokacji na granicy ziarn w stopie Cu - 4,5% Al

3 Blokowanie dyslokacji na granicach ziarn Naprężenie potrzebne do uruchomienia nowego źródła dyslokacji jest proporcjonalne do naprężenia na czole stosu spiętrzonych dyslokacji g.z. : g.z. = N dis · dis N dis – liczba dyslokacji w spiętrzeniu przed granicą ziarn; dis – naprężenie oddziaływania każdej dyslokacji na następną w spiętrzeniu f – minimalne naprężenie niezbędne do ruchu dyslokacji wewnątrz ziarna N dis – liczba dyslokacji w spiętrzeniu: gdzie: d – średnica ziarna i stąd: dis = z - f Aby poślizg mógł przejść do drugiego ziarna źródło musi być aktywowane przy określonym krytycznym naprężeniu * źródło. Zatem wymagane przyłożone zewnętrzne naprężenie wyraża się wzorem : Zalezność Halla Petcha: y = o + k y d -1/2

4 Efekty zależności Halla-Petcha Wpływ wielkości ziarna na granicę plastyczności (dolną) miękkiej stali (z max 0,1% C). Uwagi: Zakres wielkości ziarn - typowy dla metalicznych materiałów inżynierskich - (jedynie wielkość ziarn martenzytu może wynosić około 10 nm) - (w perlicie, płytki-granice międzyfazowe mogą być oddalone od siebie o kilka m). ~3krotny wzrost granicy plastyczności w podanym zakresie wielkości ziarna Zmiana wytrzymałości wraz z temperaturą Stosunkowo wysoka σ o : spowodowana wpływem jeszcze innych niż tylko przez granice ziarn mechanizmów umocnienia (np. umocnienie roztworowe).

5 Umocnienie odkształceniowe Umocnienie odkształceniowe – zjawisko wzrostu wytrzymałości metali w trakcie ich deformacji plastycznej poniżej temperatury rekrystalizacji - wynik wzajemnego oddziaływania dyslokacji. Nieruchome dyslokacje blokują dyslokacje zdolne do ruchu – dyslokacje stają się przeszkodami w ruchu dla samych siebie (przecinanie się dyslokacji prowadzi do powstania silnych przeszkód w postaci nieruchomych uskoków). Żelazo z 3,25% Si = 20% = 0% = Gb( ) 1/2 gdzie: -stała (0,4 dla metali o sieci A1 i 0,2 dla metali o sieci A2; - gęstość dyslokacji

6 Umocnienie odkształceniowe Rozmnażanie się dyslokacji – symulacja komputerowa zjawiska umocnienia odkształceniowego Deformacja monokryształu miedzi Cu o rozmiarze 15 m.. Kierunek naprężenia rozciągającego pokrywa się z kierunkiem krystalograficznym [100], narzucona szybkość odkształcenia wynosiła 50 na sekundę, osiągnięte odkształcenie plastyczne odpowiada 0,1%

7 Umocnienie odkształceniowe – monokryształów i polikryształów Wykres rozciągania w układzie σ – ε dla czystego aluminium (polikrystalicznego i monokryształu). Dla monokryształów, styczne naprężenie tnące dla jednego systemu poślizgu: Przy odkształceniu plastycznym: Dla polikryształów: gdzie: M jest współczynnikiem uśrednionym dla wszystkich ziaren. Dla metali o sieci A1 i A2, współczynnik Taylora, M 3,1

8 Podsumowanie – mechanizmy umocnienia metali Mechanizm umocnieniaNatura przeszkód Mocne (M) lub słabe (S) Reguła umocnienia Umocnienie odkształceniowe Inne dyslokacjeM Umocnienie przez granice ziarn Granice ziarnM Umocnienie roztworoweRozpuszczone atomyS Umocnienie wydzieleniowe Małe, koherentne cząstki S Umocnienie dyspersyjne Duże, niekoherentne cząstki M

9 Preferowane właściwości dla metali bazowych - przeznaczonych do tworzenia mocnych stopów Dostępność i niska cena; Układ regularny: - duża liczba systemów poślizgu i wynikająca z niej dobra ciągliwość, Łatwość rozpuszczania w szerokim zakresie atomów innych pierwiastków: - możliwość umacniania przez tworzenie roztworu stałego, Rozpuszczalność obcych atomów zmienna z temperaturą: - możliwość wykorzystania reakcji wydzieleniowych do tworzenia wytrzymałych stopów, Zdolność do tworzenia twardych związków z dużą ilością innych pierwiastków: - wydzielanie się ich daje silne umocnienie, Występowanie w kilku odmianach alotropowych (np. Fe, Ti): - możliwość uzyskiwania struktur martenzytyczych (szybkochłodzonych) Niska gęstość; Stosunkowo wysoka temperatura topnienia; Dobra odporność korozyjna; Bezpieczeństwo dla otoczenia (np. nietrujące, niewybuchowe, niepalne).

10 Podstawowe wielkie trzy ŻelazoAluminiumMiedź Dostępnośćduża Użyteczne rudy rzadkie Cena (£/ T) Temperatura Topnienia ( o C) Gęstość (g/cm 3 )7,872,78,92 Alotropia A2 A1 A2 A1 (tylko) Rozpuszczalność Dobra (zależna od odmiany) umiarkowanadobra Rozpuszczalność zmienna z temperaturą Zależnie od odmiany mocna lub słaba Mocno zmiennaSłabo zmienna Twarde związkitworzy Odporność korozyjna Utlenia się łatwo i równomiernie Utlenia się łatwo tworząc trwałe cienkie powłoki dosyć obojętna Niebezpieczny?nie

11 Pozostałe trzy NikielTytanMagnez DostępnośćRzadkie rudyUżyteczne rudy mało obfite Użyteczne rudy dość powszechne Cena (£/ T) Temperatura topnienia ( o C) Gęstość (g/cm 3 )8,9084,5071,738 AlotropiaA1 (tylko) A3 A1 A3 (tylko) RozpuszczalnośćDobraDobra (zależna od odmiany)umiarkowana Rozpuszczalność zmienna z temperaturą Może być mocno zmienna Mocno zmienna (zależnie od odmiany) Może być mocno zmienna Twarde związkitworzy Tworzy (niewiele) Odporność korozyjnaDosyć obojętny Utlenia się łatwo tworząc trwałe cienkie powłoki Niebezpieczny?nie

12 Przykłady wykorzystania mechanizmów umacniania metali Stale mikrostopowe Stale o zawartości 0.1 – 0.25% C z 1.0 – 1.7% Mn oraz bardzo małą ilością dodatków: V, Ti, Nb. Zastosowanie obróbki cieplno-mechanicznej tj. walcowania regulowanego na gorąco w zakresie występowania austenitu γ pozwoliło na uzyskanie bardzo drobnego ziarna w ww. stalach – umocnienie odkształceniowe i przez granice ziarn. W trakcie tego walcowania zachodzą dwa przeciwstawne sobie procesy: - zmniejszanie wielkości ziarn w wyniku zmniejszenia szybkości zdrowienia i rekrystalizacji statycznej; - dyfuzyjnie kontrolowany rozrost ziarn. Mikrododatki Nb, Ti i V tworząc fazy międzywęzłowe z C i N wydzielają się podczas walcowania na granicach ziarn i innych defektach sieciowych. Rezultat: mniejsze ziarna γ-Fe podczas walcowania, a w konsekwencji po schłodzeniu drobnoziarnista struktura ferrytyczno-perlityczna.

13 Stale mikrostopowe (HSLA)

14 Typowe własności stali mikrostopowych: y = MPa; R m = MPa; = 10 20% W porównaniu do stali niestopowych niskowęglowych (o tej samej zawartości C) stale te wykazują prawie dwukrotnie większą granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie, charakteryzują się bardzo dobrą ciągliwością i spawalnością. Zastosowanie: Cienkie blachy karoseryjne, taśmy, blachy grube dla przemysłu motoryzacyjnego i okrętowego.

15 Stale martenzytyczne starzejące - maraging Stale te praktycznie nie zawierają C (0.03% max) Umocnienie roztworowe, odkształceniowe i wydzieleniowe Filozofia ich budowy Punkt wyjścia: stop Fe z 18-20% Ni – daje to 100% martenzytu przy chłodzeniu na powietrzu – nie jest on twardy (~ 700MPa) ani kruchy – bez C. Dodatek 2-3% Mo and 1% Ti – starzenie w ºC (kilka godzin) w celu uzyskania wydzieleń typu Ni 3 Ti, Fe 7 Mo 6 – Ti wiąże węgiel – obniżają temperatury M s, M f. Dodatek ~8% Co – obniża rozpuszczalność Mo w Fe; stąd zwiększa ilość wydzieleń – podnosi temperatury M s, M f. Inne możliwe dodatki: – V, Nb, W, Cu… więcej wydzieleń – Cr –zwiększenie odporności korozyjnej Przemiana martenzytyczna w stopie Fe-Ni

16 Stale martenzytyczne starzejące - maraging Wydzielenia Ni 3 Ti i Fe 7 Mo 6 w przestarzonej stali maraging

17 Stale martenzytyczne starzejące - maraging Obróbka cieplna i typowe własności mechaniczne standardowej stali maraging (18Ni) Grade Heat treatment (a) Tensile strength Yield strength Elongation in 50 mm (2 in.), % Reduction in area, % Fracture toughness MPaksiMPaksiMPaksi 18Ni(200)A Ni(250)A Ni(300)A Ni(350)B Ni(Cast)C (a) Treatment A; solution treat 1 h at 820 °C (1500 °F), then age 3 h at 480 °C (900 °F). Treatment B: solution treat 1 h at 820 °C (1500 °F), then age 12 h at 480 °C (900 °F). Treatment C: anneal 1 h at 1150 °C (2100 °F), age 1 h at 595 °C (1100 °F), solution treat 1 h at 820 °C (1500 °F) and age 3 h at 480 °C (900 °F)

18 Stale martenzytyczne starzejące - maraging Dobre cechy nie wymagają szybkiego chłodzenia brak problemów z pękaniem odkształcalna i skrawalna w stanie martenzytycznym może być obrabiana plastycznie na zimno i na gorąco Dobra spawalność Może być poddawana azotowaniu (lub węgloazotowaniu) w trakcie starzenia Bardzo dobra kombinacja wytrzymałości z ciągliwością typowa σy = 2000 MPa typowa K Ic = 100 MPa m 1/2 Zachowuje taką wytrzymałość do 500ºC Z drugiej strony... Bardzo droga (£ / T, 1988) Zawiera Co – metal strategiczny z ograniczonymi zasobami i niestabilnymi cenami Gatunki bez Co – będą rozwijane. Wytrzymałość zmęczeniowa i odporność na zużycie ścierne nie tak dobra jak można by oczekiwać po ich σ y i K Ic.

19 Stale martenzytyczne starzejące - maraging Przemysł kosmiczny i lotniczy: – obudowy silników rakietowych – wały napędowe silników odrzutowych – podwozia samolotów – przeguby do skrzydeł o zmiennej geometrii – amortyzatory w pojazdach księżycowych Przemysł motoryzacyjny: – wały napędowe – korbowody – zawory silnikowe Oprzyrządowanie – Stemple pras do wyciskania – przekładnie obrabiarek – kokile do odlewania Al i Zn – tarcze podziałowe – walce – wałki wielowypustowe

20 Superstopy Stopy na bazie Ni Nimonics, Hastelloys, Inconels – umocnienie roztworowe i wydzieleniowe Obróbka cieplna tych stopów składa się z: przesycania z temperatury o C w powietrzu, i starzenia zależnie od gatunku w temperaturze o C przez godzin. Kluczowym komponentem mikrostruktury są wydzielenia fazy tj. (Ni,Fe) 3 Al o sieci A1 koherentnie związane z osnową Ni. Faza ta zwiększa wytrzymałość na pełzanie. Współczesne superstopy zawierają ok % Nikiel pełni rolę kleju trzymającego wydzielenia fazy razem.

21 Superstopy Składy chemiczne wybranych superstopów na bazie Ni (wg normy amerykańskiej ASTM) Superstop Skład chemiczny, % NiCrCoMoWNbAlTiFeMnSiCBZrinne Hastelloy C V Hastelloy C V Hastelloy G Cu Hastelloy X Inconel Inconel Inconel Inconel Inconel Inconel Nimonic Nimonic 80A Nimonic Nimonic Nimonic Nimonic

22 Superstopy Rola daodatków stopowych w superstopach na bazie żelaza, kobaltu i niklu WpływIron baseCobalt baseNickel base Wywołują umocnienie roztworoweCr, MoNb, Cr, Mo, Ni, W, TaCo, Cr, Fe, Mo, W, Ta Stabilizują sieć A1 (osnowy)C, W, NiNi... Tworzą węgliki typ MCTiTi, Ta, NbW, Ta, Ti, Mo, Nb typ M 7 C 3...Cr typ M 23 C 6 Cr Cr, Mo, W typ M 6 CMoMo, W Tworzą węglikoazotki C, N Tworzą ' Ni 3 (Al, Ti) Al, Ni, Ti...Al, Ti Opóżniają tworzenie hexagonalnej fazy (Ni 3 Ti)Al, Zr... Podwyższają temperaturę rozpuszczania... Co Tworzą wydzielenia i/lub fazy międzymetaliczneAl, Ti, NbAl, Mo, Ti, W, TaAl, Ti, Nb Tworzą (Ni 3 Nb)... Nb Zwiększają odporność na utlenianieCrAl, Cr Zwiększają odporność korozyjną w wysokich temper.La, YLa, Y, ThLa, Th Zwiekszają odporność na dwutlenek siarkiCr Zwiększają ciagliwośćBB, Zr Powodują segregację na granicach ziarn... B, C, Zr Ułatwiają przeróbkę plastyczną...Ni 3 Ti...

23 Superstopy Wytrzymałość na rozciąganie wybranych superstopów na bazie Ni Alloy Form Ultimate tensile strength at 21 °C540 °C650 °C760 °C870 °C MPaksiMPaksiMPaksiMPaksiMPaksi Hastelloy C-22Sheet Hastelloy G-30Sheet Hastelloy SBar Hastelloy XSheet Inconel 600Bar Inconel 601Sheet Inconel 617Bar Inconel 617Sheet Inconel 625Bar Inconel 706Bar Inconel 718Bar Nimonic 75Bar Nimonic 80ABar Nimonic 90Bar Nimonic 105Bar Nimonic 115Bar Nimonic 263Sheet Nimonic 942 (b) (b) Bar

24 Superstopy Wytrzymałość na pełzanie R z/1000 wybranych superstopów na bazie Ni AlloyForm Rupture strength At 650 °CAt 760 °CAt 870 °CAt 980 °C MPaksiMPaksiMPaksiMPaksi Nickel base Hastelloy SBar Hastelloy XSheet Haynes Inconel 587 (a) (a) Bar Inconel 597 (a) (a) Bar Inconel 600Bar Inconel 601Sheet Inconel 617Bar Inconel 617Sheet Inconel 625Bar Inconel 706Bar Inconel 718Bar Nimonic 75Bar Nimonic 80ABar Nimonic 90Bar Nimonic 105Bar Nimonic 115Bar

25 Superstopy


Pobierz ppt "Umocnienie granicami ziarn Granice ziarn – silne przeszkody dla ruchu dyslokacji – powierzchnia granic ziarn stanowi barierę dla poruszających się dyslokacji."

Podobne prezentacje


Reklamy Google