Сплавы на основе системы медь-цинк. Типичные микроструктуры латуней.

Однофазная α-латуни – дендритная структура, оси дендритов обогащены медью, межосные пространства – цинком. В отожженом состоянии однородные альфа зерна с двойниками отжига. (до 39% цинка)

Двухфазная α-β-латунь, после окончания кристаллизации состоит только из кристаллов β-фазы, потом аллотропическое превращение β->α зерна альфа светлее бета. В рекристаллизованом состоянии зерна обеих фаз – равноосная форма, причем в зернах альфа – двойники отжига. (39-41% цинка)

Какова причина формирования пластинчатой формы одной из фаз в отожжённых двухфазных латунях?

В отожженных двухфазных латунях А-фаза выделяется первой в виде дендритов, АБ-фаза в виде пластинчатой эвтектики выделяется второй, по механизму, схожему с образованием Перлита - жидкий, обеднённый А компонентом, раствор расслаивается на обогащённые А и Б зоны, на стыке которых с А-кристаллами образуются двойные зародыши, растущие по границе раздела этих зон. Соседние же зародыши уже растут ориентированно изначального, образуя пластинчатую структуру.

 

Опишите способ получения равноосных зерен в двухфазных латунях.

Рекристаллизационный отжиг.

 

Почему в латунных слитках, как правило, есть усадочная раковина и нет пор между ветвями дендритов?

При отливке латунных слитков в виде плит толщиной 30 мм в изложницу с толщиной стенок около 50 мм, при условии только частичного заполнения изложницы, образуются наружные усадочные раковины. Вблизи верхней поверхности залитого металла в этом случае будут располагаться не соприкасающиеся с металлом слитка верхние концы изложницы. Теплота от верхней части слитка уходит в прилегающие части изложницы, а оттуда в концы ee, расположенные над поверхностью уровня металла (рис. 213, а). Так как дальнейшее охлаждение, вследствие наличия между слитком и изложницей малотеплопроводного остатка смазки и образования зазора замедляется, то в верхней части слитка образуется усадочная раковина своеобразного вида

Поры отсутствуют в силу низкой вязкости компонентов, так как в более вязкой бронзе поры образуются.

 

В чем состоит различие требований к механическим свойствам торговой и патронной латуни?

Латунь Л68 (патронная) немного менее прочная, чем Л63 из-за меньшего содержания цинка, но, в то же время, более пластичная. Её используют для изготовления изделий холодной штамповкой и вытяжкой, а также покрытием более тугоплавких поверхностей литьем для снижения их коэффициента трения. Основные свойства - пластичность (деформируется под давлением, где сталь дала бы трещины) и низкий коэффициент трения (трение латуни по стали меньше изнашивает стальные поверхности, чем сталь по стали).

Латунь Л63 (торговая), среди всех латуней занимает первое место по объему производства. Она прекрасно деформируется в холодном и горячем состоянии, является самой прочной. Сплав пригоден для деформации в холодном состоянии глубокой вытяжкой, волочением, прокаткой, чеканкой, изгибом; для изготовления изделий криогенной техники; для пайки и сварки; хорошо полируется. (Л68 только вытяжкой или холодной штамповкой). Сплав используется в получении следующих свойств: листы, ленты, полосы, трубы, прутки, фольга, проволока; детали, получаемые глубокой вытяжкой; проволока для газовой сварки латуни и наплавки на углеродистую сталь. Марку Л63А (автоматная) изготовляют с антимагнитными свойствами.

 

18.2 Микроструктура оловянных бронз в равновесном и неравновесном сос­тоянии.

Однофазные α-бронзы – дендриты α, межосное пространство – эвтектоид (α+δ), поры. В отожженном состоянии кристаллы α-полиэдрической формы.

Двухфазные α+δ-бронзы – дендритная структура. Дендриты обеднены оловом, межосные пространства – обогащены. В межосных пространствах эвтектоид (α+δ). В отожженом состоянии – равноосные кристаллы α.

 

18.3 Как упрочняют бериллиевую бронзу БрБ2?

Бериллиевую бронзу упрочняют термической обработкой. Упрочнение методом дисперсионного твердения. Сначала проводят закалку при 760-780С в результате которого бронза состоит из однородного α раствора. Потом проводят отпуск при 300-350С, при котором выделяются дисперсные частицы γ-фазы, что сильно повышает прочность. Так де можно провести закалку+холодная пластическая деформация с обжатием+отпуск.

 

18.4 В чём состоит различие способов упрочнения однофазных и двухфазных алюминиевых бронз?

Деформируемые – двухфазные бронзы, литейные – однофазные. Двухфазные упрочняют закалкой и дисперсионным старением. Однофазные – штамповкой и наколепом.

Для облегчения обработки давлением однофазные бронзы подвергают гомогенизации при 700—750° С с последующим быстрым охлаждением. Отливки, име­ющие внутренние напряжения, отжигают при 550° С с выдержкой 90—120 мин.

 

Двойные алюминиевые бронзы подвергают закалке и отпуску по режиму: нагрев под закалку до 880—900° С со скоростью 180—200° С/ч, выдержка при этой температуре 1,5—2 ч, охлажде­ние в воде; отпуск при 400—450° С в течение 90—120 мин. Струк­тура сплава после закалки состоит из мартенсита, после отпус­ка—из тонкой механической смеси; прочность бронзы σв = 550 МПа, δ = 5%, твердость НВ 380—400.

 

Почему мартенситное превращение в двухфазной алюминиевой бронзе практически не приводит к упрочнению в отличие от сталей?

Мартенситное превращение в двухфазной алюминиевой бронзе приводит к упрочнению на 5-10% (мало против сталей), так как искажение решетки в сторону большей тетрагональности не так велико в случае пересыщенного твердого раствора - наибольшее упрочнение происходит в результате выделения твердых частиц Гамма-2 (Cu9Al4), которые образуют цепи, придает сплаву хрупкость и твердость.

 

 

Алюминиевые сплавы.

Как по химическому составу различаются деформируемые и литейные сплавы алюминия?

Почему химический состав литейных сплавов чаще всего близок к эвтектическому?

Сплавы, близкие к эвтектической точке (≈12 % Si), обладают высокой жидкотекучестью (нет первичных кристаллов, которые становятся основными центрами кристаллизации и блокируют наиболее узкие из мест в литьевых формах)..

 

 

В чем отличие превращений, протекающих в дюралюминии при естественном и искусственном старении?

При естественном старении образуются с ростом выдержки:

Зоны ГП(I) (Cu-диски диаметром 20 нм и толщиной 1 нм, когерентные с исходным ТР)

Зоны ГП(II) (образуются из ГП(I)) (CuAl-диски диаметром 100 нм и толщиной 20 нм)

При искусственном старении образуются с ростом выдержки:

Из ТР выделяется Θ’ метастабильная фаза (Схожа с CuAl2, но иная крист.реш., и частично или полностью когерентна с α-фазой по границам зерен)

Метастабильная Θ’ переходит в стабильную Θ фазу (CuAl2, некогерентна с α-фазой по границам зерен)

Дисперсионное отвердевание материала зависит от когерентности выделений относительно матричной фазы.

Что такое зоны Гинье-Престона?

Зоны Гинье – Престона (зоны ГП) – фактически уже не фаза, а плоские скопления (кластеры) атомов меди в виде дисков толщиной 2...3 атома и на порядок большим диаметром, сохраняющие решетку алюминия.

Причины появления метастабильных фаз при старении дюралюминия.

Появление метастабильных фаз (θ′, θ′′, ГП) вызвано тем, что в их присутствии уменьшается энергия упругих искажений на поверхности раздела этих фаз с α-твердым раствором. Чем меньше размер фазы, тем больше доля атомов, расположенных на ее поверхности и тем большую роль играет именно энергия поверхности. Но при крупных размерах выгоднее стабильная θ-фаза.

 

20. Жаропрочные сплавы на основе никеля.

20.1 Зачем в состав никелевых жаропрочных сплавов вводят хром, алюминий, титан?

Хром вводят для получения высокой окалиностойкости (жаростойкости) (~20%), Титан и Алюминий вводят для повышения жаропрочности (1-2,8% Ti, 0,55-5,5% Al). При старении образуется интерметаллидная γ’ фаза(типа Ni3(Ti, Al)), а так же карбиды титана и нитриды титана, увеличивающие прочность при высоких температурах.

20.3 Почему в никелевых жаропрочных сплавах коалесценция происходит медленно?

В силу их кубоидальной микроструктуры - Границы между γ и γ’ – когерентные:

1) Низкая межфазная энергия на когерентной границе γ’ / γ →

малый размер критического зародыша, низкая работа образования критического зародыша → высокая скорость зарождения зародышей γ’ → большая дисперсность γ’.

2) Низкая движущая сила коалесценции → высокая устойчивость частиц γ’ против укрупнения → стабильность структуры и свойств → высокие рабочие температуры и срок службы.

То есть, вместо увеличения критических зародышей в размере, они увеличиваются в количестве.

20.4 Почему упорядочение интерметаллидов в никелевых жаропрочных сплавах затрудняет скольжение дислокаций?

В упорядоченном кристалле одиночная дислокация нарушает атомный порядок, поэтому её скольжение чрезвычайно затруднено. Вторая дислокация порядок восстанавливает. Поэтому скольжение дислокаций в упорядоченном кристалле осуществляется парами. Однако при этом между дислокациями возникает антифазная граница (АФГ).

Основной механизм упрочнения – образование и увеличение протяжённости АФГ при перерезании частиц γ’ дислокациями.

 

IV. Керамика и композиционные материалы.

21.1 Какие химические связи образуются между атомами в керамике? Какие особенности свойств керамики связаны с этими связями?

Между атомами в керамике образуются ионная и ковалентная связи. Физические свойства керамических материалов обусловлены силой связи и решеткой. Ионная и ковалентная связь сильные, поэтому атомы закреплены в решетке прочно, что обуславливает: высокая температура плавления, хрупкость, низкая тепло и электропроводность, высокая реакционная устойчивость

 

21.2 Почему традиционные технологии производства металлических материалов практически не используют для получения керамических материалов?

В силу их высоких температур плавления, т.к. спекание – термическая обработка сформованного из порошка изделия при высоких температурах, обычно (0,7-0,8) от т-ры плавления основного компонента.

1.4 Как классифицируют керамические материалы?

 

21.5 Опишите порошковую технологию изготовления керамики.

Почему в микроструктуре керамики, как правило, наблюдаются поры?

В керамическом материале вследствие особенностей технологии его изготовления всегда существуют внутренние и внешние дефекты в виде пор, включений, микротрещин.

Поры образуются при создании керамики, которая, вне зависимости от конкретного процесса, производится из порошкового субстрата.

Следовательно, ее поры - одна из структурных составляющих:

СС = Фаза 1 + Фаза 2 + Аморфная Фаза + Поры

 

Что такое спекание? Какие изменения микроструктуры протекают при спекании?

Спекание – термическая обработка сформованного из порошка изделия при высоких температурах, обычно (0,7-0,8) от т-ры плавления основного компонента. Уменьшение объёмной доли пор, увеличение площади контакта между частицами, рекристаллизация (рост зерна)

 

В чём отличие твёрдофазного спекания от жидкофазного?

•Твердофазное(образование и рост перешейков между частицами, диффузия через перешейки и газовую фазу, вязкое течение, коалесценция и сфероидизация пор)

•Жидкофазное(стягивание частиц за счет сил поверхностного натяжения из-за высокого радиуса кривизны жидкостной прослойки – перешейка между частицами, быстрый диффузионный перенос компонентов через жидкость и коалесценция частиц, рекристаллизация, кристаллизация жидкости)

22.1 Как классифицируют композиты?

 

 

22.3 Какие требования предъявляют к матрице и наполнителю в композиционных материалах?

При создании КМ конструкционного назначения основной задачей полимерной матрицы является обеспечение совместности работы волокон, обеспечение равномерности распределения усилий между волокнами, защита их поверхности от повреждения.

- совместимость матрицы и наполнителя

- высокая прочность и модуль упругости (волокна)

- мягкость матрицы (ее способность передавать нагрузку волокнам)

- хорошая адгезия

 

22.5 Опишите разные виды армирования в композиционных материалах.