Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Дисперсное упрочнение




 

Дисперсноупрочненным называют порошковый материал, упрочненный включениями тугоплавких соединений или оксидов, вводимых в смесь или образующихся вследствие внутреннего окисления и не растворяющихся при спекании или эксплуатации. Таким образом, наиболее характерной особенностью материалов данного класса является наличие в металлической основе тонкодисперсных включений фазы-упрочнителя, равномерно распределенных между частицами металла и химически инертных к ним.

Первым дисперсноупрочненным материалом был, видимо, торированный вольфрам (1913 г., патент Германии), примененный для изготовления нитей ламп накаливания для электроосвещения.

Основные работы по созданию жаропрочных дисперсноупрочненных материалов на основе никеля, кобальта, меди, хрома, железа, вольфрама и других металлов были развернуты в начале 60-х годов. Было показано, что наиболее эффективное упрочнение обеспечивается при содержании упрочняющей фазы 3-15% (объемн.), размере ее частиц до 1 мкм (лучше 0,01-0,05 мкм) и среднем расстоянии между ними 0,1-0,5 мкм. Дисперсноупрочненные материалы сохраняют микрогетерогенное строение и дислокационную субструктуру, формирующуюся в процессе их деформации и термической обработки, а следовательно, и работоспособность вплоть до 0,9-0,95 Тпл матрицы.

При создании дисперсноупрочненного материала решают четыре основные задачи:

1) выбор фазы-упрочнителя и ее объемного содержания;

2) выбор способа введения фазы-упрочнителя в матрицу;

3) выбор способа получения компактного материала;

4) выбор режимов ТО и ТМО спеченных материалов.

Требования к фазе-упрочнителю:

- высокая свободная энергия образования;

- малая скорость диффузии компонентов фазы в матрицу и малая растворимость их в ней;

- высокая чистота и большая суммарная поверхность частиц дисперсной фазы.

К упрочняющим фазам с такими свойствами можно отнести Al2O3,SiO2,ThO2, HfO2, ZrO2, Cr2O3 и другие оксиды, карбиды и нитриды переходных металлов, интерметаллиды типа Ni3AI, MnAI6, некоторые тугоплавкие металлы.

Допустимое объемное содержание упрочняющей фазы определяется технологическими возможностями получения равномерного распределения ее частиц выбранной дисперсности.

Способ введения частиц фазы-упрочнителя в матрицу зависит от выбора типа структуры дисперсноупрочненного материала, которая может быть дисперсной (рис. 15, а) или агрегатной (рис. 15, б); в реальных материалах эти структуры сосуществуют, хотя стремятся к более предпочтительной дисперсной структуре.

 

a) б)

Рис. 15. Типы структур в дисперсноупрочненных материалах: а -дисперсная; б -агрегатная

Порошковые смеси получают следующими способами:

1) механическим смешиванием порошков металла матрицы и упрочняющей фазы;

2) механическим смешиванием порошков оксидов металла и упрочняющей фазы с последующим восстановлением оксида металла-основы;

3) поверхностным окислением порошка основного металла;

4) химическим смешиванием, предусматривающим совместное осаждение солей и их последующее (после прокалки) восстановление с образованием металла и сохранением оксида фазы-упрочнителя;

5) внутреннее окисление или азотирование порошков.

Первые три метода позволяют получить преимущественно агрегатную структуру, а последующие два - дисперсную.

Ниже приведены сведения о технологии и свойствах дисперсноупрочненного никелевого сплава.

Дисперсноупрочненный никель и его сплавы, прежде всего нихром, широко применяются в авиастроении, химическом машиностроении, космической и других новых отраслях техники, где необходимы жаропрочные материалы, стойкие к воздействию различных агрессивных сред.

Более эффективно упрочнение никеля тугоплавкими оксидами, так как растворимость в нем при 1200°С кислорода составляет около 0,01 %, а углерода и азота достигает уже 0,3 - 0,4 %. Лучшими упрочнителями являются ThО2, HfО2, ZrО2,V2О3.

Смеси матричного металла и фазы-упрочнителя готовят механическим или химическим смешиванием, а также внутренним окислением.

Исходными материалами при механическом смешивании служат порошок никеля с размером частиц 10 мкм, порошки легирующих металлов (вольфрама, молибдена, хрома и др.) с размером частиц 5-20 мкм и лигатур никель-алюминий или никель - титан, порошок оксида-упрочнителя. Смешивание проводят в смесителях любых типов.

В зарубежной практике промышленного производства порошков никеля с равномерно распределенными частицами тугоплавких оксидов большее распространение получили водородное восстановление в растворах и химическое осаждение из растворов солей с последующей прокалкой и селективным восстановлением оксида металла матрицы.

Приготовленную порошковую шихту прессуют в пресс-формах при 400 - 600 МПа, формуют в гидро- и газостатах или подвергают прокатке. Спекание проводят при 1200-1300 °С в водороде в течение 2 ч, а затем заготовки подвергают горячей экструзии при 750 - 800 °С или прокатке. Дальнейшую переработку полуфабрикатов проводят волочением, ротационной ковкой или прокаткой.

Поделиться:





Читайте также:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...