Атмосферное упрочнение
-
Дисперсионное упрочнение
- Метод термообработки для повышения предела текучести ковких материалов
- Используется в алюминиевых, магниевых, никелевых, титановых сплавах и некоторых сталях
- Приводит к аномальному пределу текучести в жаропрочных сплавах
-
Принцип действия
- Изменение растворимости твердого вещества при температуре
- Образование мелких частиц примесной фазы, препятствующих перемещению дислокаций
- Примеси играют роль частиц в композиционных материалах
-
Процесс старения
- Выдержка при повышенной температуре для осаждения частиц
- Временная задержка называется «старением»
- В спецификациях обозначается аббревиатурой «STA»
-
Термообработка раствором и осадком
- Упрочнение твердым раствором включает закалку
- Осаждающая термообработка включает добавление частиц примесей
-
Кинетика и термодинамика
- Использование явления перенасыщения
- Зарождение частиц при высокой температуре, рост при низкой
- Экспоненциальная зависимость диффузии от температуры
-
Конструкция из сплава
- Усиление осаждения при наклонной линии растворимости
- Добавление небольшого количества легирующего элемента
- Элементы для упрочнения составляют около 10% состава
-
Современные технологии
- Аддитивное производство для получения метастабильных фаз
- Традиционное литье ограничено равновесными фазами
-
Прочность и регулирование
- Прочность регулируется процессом отжига
- Более низкие начальные температуры увеличивают прочность
- Высокие температуры старения могут привести к чрезмерному старению
-
Виды упрочнения
- Деформирующие частицы: когерентное упрочнение, упрочнение связности, упрочнение по модулю, химическое упрочнение, усиление упорядоченности
- Недеформирующиеся частицы: упрочнение связано с эффективным расстоянием между частицами
-
Механизм упрочнения по Оровану
- Прочные частицы препятствуют движению дислокаций
- Прогибание дислокаций приводит к образованию петель
- Движение дислокаций тормозится, если частицы не могут сдвигать их
-
Теория упрочнения
- Частицы второй фазы препятствуют перемещению дислокаций
- Линии солидуса определяют осаждение частиц
- Эффект упрочнения объясняется размерами и модулем упругости частиц
-
Искажения кристаллической решетки
- Частицы осадка вызывают искажения решетки
- Мелкие частицы приводят к растягивающему напряжению, крупные — к сжимающему
- Дислокации создают поле напряжений, притягиваясь к осадку
-
Типы межфазных границ
- Когерентный IPB: атомы совпадают вдоль границы, энергия деформации когерентности
- Полностью неупорядоченный IPB: частицы не деформируются до дислокаций
- Частично упорядоченный IPB: напряжения когерентности частично снимаются
-
Упрочнение когерентности и модуля упругости
- Энергия дислокации уменьшается при прохождении через осадок
- Максимальная длина дислокации зависит от диаметра частицы
- Дислокация может прорезаться сквозь частицу, создавая дополнительную границу раздела
-
Напряжение сдвига и изгиба
- Напряжение сдвига пропорционально размеру частицы
- Напряжение изгиба обратно пропорционально расстоянию между частицами
- Дислокационные петли уменьшают расстояние между частицами
-
Влияние объемной доли и размера частиц
- Увеличение объемной доли увеличивает напряжение
- Увеличение радиуса частицы уменьшает напряжение изгиба
- Максимальная прочность достигается при определенном радиусе частицы
-
Управляющие уравнения
- Уравнение баланса линейного натяжения учитывает разницу между слабыми и сильными осадками
- Уравнение для сильных препятствий учитывает искривление дислокации
- Уравнение для слабых частиц учитывает прямую линию дислокации
-
Механизмы упрочнения
- Дислокация, проходящая сквозь частицы, увеличивает напряжение с увеличением несоответствия и объемной доли
-
Величина вектора Бургеров
- Прочность материалов возрастает с увеличением несоответствия, объемной доли и размера частиц.
- Дислокации легче проникают сквозь частицы меньшего радиуса.
-
Основные уравнения упрочнения
- Упрочнение когерентности: τcoh = 7G|ϵcoh|3/2(fr/b)1/2.
- Упрочнение по модулю: τGp = 0.01GϵGp3/2(fr/b)1/2.
- Химическое упрочнение: τchem = 2Gϵch3/2(fr/b)1/2.
- Укрепление порядка: τord = 0.7Gϵord3/2(fr/b)1/2.
-
Искривление дислокаций
- Дислокации изгибаются вокруг частиц при достаточной прочности осадка.
- Максимальное напряжение определяется уравнением Орована.
- Искривление дислокаций происходит при более низкой плотности частиц.
-
Критический радиус
- Существует критический радиус, при котором происходит максимальное упрочнение.
- Этот критический радиус обычно составляет 5-30 нм.
-
Модель упрочнения Орована
- Пренебрегает изменениями дислокаций, вызванными изгибом.
- Учитывает изгиб и условие нестабильности в механизме Франка-Рида.
-
Контроль размера зерна
- Осадки могут способствовать измельчению зерен.
- Наноосаждения могут закрепляться на границе зерен при высоких температурах.
-
Вторичные осадки
- Образуются при определенных условиях выдержки.
- Могут использоваться для управления микроструктурой и свойствами.
-
Вычислительное открытие новых сплавов
- Моделирование с использованием теории функционала плотности.
- Сосредоточение на упорядоченных структурах, таких как LPSO.
- Примеры: Mg-сплавы, нержавеющая сталь 17-4, стареющая сталь, Инконель 718.
-
Примеры материалов для дисперсионного отверждения
- Алюминиевые сплавы серии 2000, 6000, 7000.
- Нержавеющая сталь 17-4, стареющая сталь, Инконель 718, сплав X-750.
- Рене 41 год, Васпалой, Шелковица, низкоуглеродистая сталь NAK55.