Поведение металлов при повышении температуры
Московский авиационный институт
(государственный технический университет)
каф. 903
Курсовая работа по предмету
материаловедение на тему:
“Поведение металлов при повышении температуры”.
Студент/гр. 02-209/: Задоров Вадим
Преподаватель: Клыпин А. А.
2003 Москва
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Влияние высокотемпературной термомеханической 3
обработки на тонкую кристаллическую структуру
аустенитных сталей и сплавов.
2. Закономерности роста зерен металлов и сплавов 8
при высоких температурах.
3. Влияние температуры на статистические 13
механические характеристики металлов.
Влияние высокотемпературной термомеханической обработки
на тонкую кристаллическую структуру аустенитных сталей и сплавов.
Исследование тонкой кристаллической структуры,
возникающей при проведении ВТМО, было выполнено в совместной ра-
боте автора, Е. Н. Соколкова, К. В. Варли и Ю. А. Сивкова на
образцах хромоникельмарганцовистой стали ЭИ481, а также сплава
ЭИ437Б. При этом определялись изменение периода кристаллической
решетки твердого раствора, размеры блоков, микродеформации, удельное
электрическое сопротивление и текстура образцов, прошедших
ВТМО в условиях прокатки и последующее старение, а также контрольных
образцов, подвергнутых закалке и старению по стандартному
режиму термической обработки данных материалов. Прокатку вели при
скорости 1,5 м/мин с обжатием на 25% и закалкой в воде.
Заготовки стали ЭИ481 выдерживали в течение одного часа при
1150 ºС и подвергали ВТМО при 1100 ºС и старению в течение 4 час
при
750 ºС; заготовки сплава ЭИ437Б выдерживали 8 час. при 1080 °С и под-
вергали ВТМО по тому же режиму обжатия и при той же скорости про-
катки при 1080ºС Обработанные заготовки сплава проходили старение
в течение 6 час.
при 700 ºС.
Период кристаллической решетки измеряли по рентгенограммам,
снятым с эталоном в размере «КРОС-1». Съемку рентгенограмм с образ-
цов аустенитной стали ЭИ481 осуществляли на излучении Кα
–Fe
, а для съёмки с образцов сплава ЭИ437Б использовалось
излучение Кα -Cu. Ошибка
при определении периода
решетки твердого раствора не превышала 0,001 кХ.
Оценка размера блоков производилась
по эффекту первичной
экстинкции и эффекту размытия линий на рентгенограммах.
Первый метод был примечен для определения размеров блоков, превышающих 0,2
мк, а второй — для более дисперсных блоков. Следует
отметить, что особенности» деформационной картины исследованных
аустенитной стали и сплава не позволили в равной степени использовать указанные
выше методы для обоих материалов. Это объясняется
тем, что в процессе старения в сплаве ЭИ437Б выделяется упрочняю-
щая фаза, обладающая структурой, близкой к структуре матрицы.
Поэтому линии на рентгенограммах этой фазы и матрицы располагаются очень
близко одна от другой, что затрудняет анализ. В связи
с этим при исследовании данного сплава для оценки размера блоков
был применен метод экстинкции, а для определения размера блоков и
микродеформацпй в стали ЭИ481 использован метод гармонического
анализа профиля линии рентгенограммы, а также метод анализа
уширения этой линии.
Для выявления текстуры возникающей при ВТМО, производили
рентгеновскую съемку на отражение и на просвет на плоскую пленку.
Первая осуществлялась на излучении Кα –Мо; образец устанавливали
на расстоянии 70 мм от пленки под углом 10 — 12 ºC к пучку рентгено-
вых лучей. Съемку «на просвет» производили на образцах, приготов-
ленных в виде фольги толщиной около 0,1 мм, с использованием излучения Кα
–Мо и Кα –Cu. В остальных случаях рентгеновского анализа
применяли образцы сечением 10×10 мм2 и длиной 10 ÷12
мм.
Для определения величины удельного
электрического сопротивления ρ использовали схему двойного моста. Образцы имели
форму стержней диаметром 5 мм и длиной 60 мм. Погрешность в определении
значения ρ не превышала 0,5%.
В табл. 1 приведены результаты измерения периода кристаллической
решетки твердого раствора, величины микродеформаций, удельного электрического сопротивления
и твердости по Виккерсу стали
ЭИ481 после двух видов обработки: обычной закалки и ВТМО. Образцы изучали
до и после старения.
табл. 1
Влияние высокотемпературной термомеханической
обработки на тонкую кристаллическую структуру, электросопротивление
и твёрдость стали ЭИ481
Вид обработки
Период решетки Аº
Размер блоков
D мк
Величина микродефор-
маций z∙104
Удельное
электросопро-
тивление мком∙см
Твердость HV кг/мм2
Обычная закалка без
старения (эталон)
3,595
0,2
0
62,7
220
То же, со старением
3,592
0,2
61,2
290
ВТМО без старения
3,598
63,4
256
То же, со старением
3,590
59,4
380
Из данных
табл. 1 можно видеть, что высокотемпературная пластическая деформация при ВТМО без
старения приводит к заметному
увеличению периода решетки твердого раствора (с 3,595 до 3.598 кХ).
Старение, в процессе которого выделяется упрочняющая фаза, способствует уменьшению
периода решетки главным образом вследствие
удаления из кристаллической решетки атомов углерода при образовании
карбидной фазы. Так, после обычной закалки и старения в течение
четырех часов при 750 ºС период решетки уменьшается с 3,595 по
3,592 Аº. В результате старения по тому же режиму образцов, подверг-
нутых ВТМО, период решетки снижается в большей степени и его значение
в этом случае составляет 3,590 Аº.
Таким образом, ВТМО без последующего старения вызывает увеличение
периода решетки по сравнению с получаемым после обычной
закалки, а старение подвергнутых ВТМО образцов приводит к большему
уменьшению периода, чем при аналогичном режиме старения
обычно закаленных образцов.
Увеличение периода решетки твердого раствора в результате
ВТМО свидетельствует о том, что пластическая деформация вызывает
в данном материале более полное растворение избыточных фаз. Более
интенсивное уменьшение периода решетки твердого раствора после
старения прошедших ВТМО образцов по сравнению с эффектом старения после
обычной закалки является следствием более глубокого
распада твердого раствора с образованием большего количества упрочняющей
фазы. Эти экспериментально установленные факты очень важны для характеристики особенностей
состояния материала, возникших в результате высокотемпературной пластической деформации
при условии исключения рекристаллизации.
Выводы об изменениях концентрации твердого раствора в результате ВТМО, сделанные
на основании рентгеноструктурных исследований, находятся в соответствии с данными
измерения удельного электрического сопротивления ρ. Действительно, величина
ρ для образцов, подвергнутых ВТМО без последующего старения, больше, чем для
образцов обычно закаленных. Эти величины для указанных обработок составляют 63,4
и 62.7 мком∙см соответственно. Рост значения — ρ является следствием
увеличения концентрации твердого раствора, и этот результат подтверждает аналогичный
вывод, полученный на основе обнаруженного изменения периода решетки. Процесс старения,
вызывая распад твердого раствора, уменьшает электрическое сопротивление, и значение
ρ для образцов, прошедших обычную закалку, равно 61,2 мком∙см.
У образцов, подвергнутых ВТМО, величина электросопротивления в результате старения
претерпевает более сильное падение и составляет 59,4 мком∙см Это является
следствием большей степени
распада твердого раствора (при тех же режимах старения), наблюдаю-
щегося в образцах, подвергнутых ВТМО.
Таким образом, на основании рентгеноструктурных исследований и измерений электрического сопротивления можно считать установленным, что ВТМО по сравнению с обычной закалкой с той же температуры обеспечивает более полное растворение легирующих элементов в твердом растворе Старение при одних и тех же режимах приводит к выделению после ВТМО упрочняющей фазы в значительно большем количестве.
Из сказанного выше следует, что наряду
с подавлением процессов
рекристаллизации при ВТМО пластическая деформация при указанной
обработке способствует большему обогащению твердого раствора легирующими элементами,
а также более интенсивному выделению упрочняющей фазы при последующем старении.
