Необходимые условия образования неограниченных твердых растворов. Сущность явления наклепа и примеры его практического использования

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Необходимые условия образования неограниченных твердых растворов

По степеням растворимости компонентов различают твердые растворы:

- с неограниченной растворимостью компонентов;

- с ограниченной растворимостью компонентов.

При неограниченной растворимости компонентов кристаллическая решетка компонента растворителя по мере увеличения концентрации растворенного компонента плавно переходит в кристаллическую решетку растворенного компонента.

Рисунок 1 - Диаграмма состояний сплавов с неограниченной растворимостью компонентов

В этих сплавах компоненты в твердом состоянии неограниченно растворяются друг в друге; при этом образуется взаимный твердый раствор б. В данном случае чистые компоненты А и В не являются самостоятельными фазами системы, - они представляют собой предельные частные случаи твердого раствора б..

Однофазные области на диаграмме:

1) жидкость L - выше линии ликвидус CDE;

2) тв. раствор б - ниже линии солидус CFE.

Кристаллизация сплавов этого типа начинается на линии СDE и заканчивается на линии CFE постепенным переходом жидкого раствора L в твердые кристаллы б. Структуры всех сплавов этого типа при комнатной температура подобны: однородные кристаллы твердого раствора б, являющиеся единственной структурной составляющей в сплавах этого типа.

Для образования растворов с неограниченной растворимостью необходимо выполнение следующих условий:

- изоморфность (однотипность) кристаллических решеток компонентов;

- близость атомных радиусов компонентов , которые не должны отличаться более чем на 8…13 %;

- близость физико-химических свойств подобных по строению валентных оболочек атомов.

Например, неограниченно растворяются в твердом состоянии следующие металлы с ГЦК-решеткой: Ag и Au (), Ni и Cu (), Ni и Rd () и др., а также металлы с ОЦК решеткой: Mo иW (), V и Ti (). Такие металлы, как Na, Ca, R, Pb, Sr и другие, имеющие большой атомный диаметр, в Feг, Cu, Ni нерастворимы.

Твердые растворы внедрения могут быть только ограниченной концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки.

Сплавы с ограниченной растворимостью компонентов

В этих сплавах в твердом состоянии компоненты растворяются друг в друге с образованием твердых растворов б (В в А) и в (А в В), между которыми образуется эвтектика эвт(б+в).

Однофазные области на диаграмме:

1) жидкость L - выше линии ликвидус DCE;

2) тв. раствор б - область 0DFK0;

3) тв. раствор в - область NGE-100-N.

Рисунок 2 - Диаграмма состояний сплавов с ограниченной растворимостью

Линии верхней части диаграммы - образование кристаллов твердых растворов б и в.

Однако, в отличии от предыдущей диаграммы, предельное содержание компонента B в б ограничено: оно не может быть более М% В (в точке F). Аналогично, предельное содержание А в в не может быть более (100-N)%A (в точке G). То есть, в данном случае при растворении компонентов друг в друге образуются так называемые ограниченные твердые растворы б и в.

В общем случае, при снижении температуры после достижения предела растворимости (т.е. ниже уровня FCG) предельное содержание растворенного компонента в твердом растворе может изменяться. Эта зависимость предела растворимости от температуры твердого раствора б показана линией FK, а для в - линией GN. Видно, что с уменьшением температуры возможное содержание В в б уменьшается (от М% В до К% В при 0єС). Поэтому, при охлаждении сплавов, содержащих от К % В до М % В, ниже линии FK из них будет выделяться оказавшаяся избыточная часть компонента В в виде кристаллов вторичного вII (доказывается правилом отрезков), и в области KFMK сплавы будут иметь фазовый состав б+вII.

В частном случае, показанном линией GN, предел растворимости А в в не зависит от температуры и кристаллы твердого раствора в, образовавшиеся на линии GE, будут охлаждаться до комнатной температуры без каких-либо внутренних изменений.

В средней части диаграммы сплавы кристаллизуются с образованием эвтектики на линии FCG. Эвтектика содержит С/% В и кристаллизуется по реакции: Lэвт->эвт(б+в). В доэвтектических сплавах этой области в конечной структуре сплава будут присутствовать кроме эвтектики кристаллы (б+вII), а в заэвтектических - кристаллы в.

Структурные составляющие сплавов:

1) кристаллы б - область 0DFK0;

2) кристаллы в - область NGE-100-N;

3) кристаллы эвтектики эвт(б+в) - линия СС/.

наклеп изоморфность пластический деформация

2. Сущность явления наклепа и примеры его практического использования

Наклеп - изменение структуры и свойств металлического материала, вызванное пластической деформацией. Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональность, предел текучести и твердость. Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака. При поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале и повышается его усталостная прочность. Наклеп возникает при обработке металлов давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), резанием, при обкатке роликами, при специальной обработке дробью.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а, следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного пластического деформирования (ППД) или поверхностного наклепа широко используется в промышленности для повышения сопротивляемости малоцикловой и многоцикловой усталости деталей машин. На рисунке 3 приведены схемы различных ППД.

Рисунок 3 - Схемы поверхностной пластической деформации: а - дробеструйная упрочняющая обработка; б - чистовая обработка - обкатываем шаром; в - обработкадорнованием; г - центробежно-шариковая чистовая обработка; д - обработка чеканкой; е - упрочнение взрывом; ж - упрочнение виброобкатыванием; з - алмазное выглаживание

Поверхностное упрочнение достигается:

1) дробеструйным наклепом за счет кинетической энергии потока чугунной или стальной дроби; поток дроби на обрабатываемую поверхность направляется или скоростным потоком воздуха, или роторным дробеметом (рис. 3, а);

2) центробежно-шариковым наклепом за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), расположенных на периферии вращающегося диска; при вращении диска под действием центробежной силы шарики отбрасываются к периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются в глубь гнезда;

3) накатываем стальным шариком или роликом (60 HRC) (рис. 3, б); передача нагрузки на ролик может быть с жестким и упругим контактом между инструментом и обрабатываемой поверхностью;

4) алмазным выглаживанием оправкой с впаенным в рабочей части алмазом (рис. 3, з); оно позволяет получать блестящую поверхность с малой шероховатостью.

Размещено на Allbest.ru