Umocnienie metali przez cz stki drugiej fazy umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne
Download
1 / 25

Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazy Umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne - PowerPoint PPT Presentation


  • 310 Views
  • Uploaded on

Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazy Umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne. Stopy, w których objętość fazy dyspersyjnej nie przekracza 10%, a rozmiary cząstek są rzędu 10 0 10 2 nm.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazy Umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne' - africa


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Umocnienie metali przez cz stki drugiej fazy umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne
Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazyUmocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne

Stopy, w których objętość fazy dyspersyjnej nie przekracza 10%, a rozmiary cząstek są

rzędu 100102 nm.

  • Umocnienie wydzieleniowe – przez małe odkształcalne cząstki koherentne (i półkoherentne) powstałe w wyniku starzenia przesyconych roztworów stałych – słabe przeszkody dla ruchu dyslokacji

  • Umocnienie dyspersyjne – przez duże nieodkształcalne cząstki niekoherentne (najczęściej niemetaliczne)- silne przeszkody dla ruchu dyslokacji


Umocnienie metali przez cz stki drugiej fazy umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne1
Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazyUmocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne

Schematyczne przedstawienie powstawania wydzielenia w przesyconej osnowie.


Umocnienie metali przez cz stki drugiej fazy umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne2
Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazyUmocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne

Schemat powstawania wydzieleń w przesyconej osnowie (a, b) i ich wzrost (od c do f)


Umocnienie metali przez cz stki drugiej fazy umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne3
Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazyUmocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne

Wykres równowagi Al-Cu i powiększony fragment z zaznaczonym stopem Al-5%Cu


Umocnienie metali przez cz stki drugiej fazy umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne4
Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazyUmocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne

Mikrostruktura stopu Al.-5%Cu przesycanego w temperaturze 545°C i starzonego przez 12 godzin

w T = 400°C - a) i 300°C – b). a)-obraz z mikroskopu swietlnego; b) – obraz z SEM


Umocnienie metali przez cz stki drugiej fazy umocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne5
Umocnienie metali przez cząstki drugiej fazyUmocnienie wydzieleniowe i dyspersyjne

Mikrofotografie z transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) pokazujące powstawanie wydzieleń fazy 

w stopie Al-4,6%Cu z upływem czasu wyżarzania (od lewej do prawej).


Oddzia ywanie dyslokacji z cz stkami
Oddziaływanie dyslokacji z cząstkami

Z odkształcalnymi (małymi i koherentnymi) cząstkami:

  • „Przecinające” (poruszająca się dyslokacja przecina cząstkę ):

    - Umocnienie koherencyjne przez pola naprężeń powstałe wokół koherentnej cząstki,

  • Umocnienie w wyniku różnicy modułów sprężystości poprzecznej cząstki i matrycy,

  • Umocnienie chemiczne w wyniku utworzenia dodatkowej powierzchni międzyfazowej cząstka-matryca,

  • Umocnienie przez cząstki uporządkowane - przez tworzenie powierzchni antyfazowej w uporządkowanej cząstce,

  • Umocnienie w wyniku różnej energii błędu ułożenia (EBU) w cząstce i osnowie.

    Z nieodkształcalnymi (dużymi i niekoherentnymi) cząstkami:

  • „Omijające” (dyslokacja wygina się pomiędzy cząstkami, pozostawiając wokół cząstki po jej ominięciu pętlę dyslokacyjną) – „mechanizm Orowana”




Oddzia ywanie przecinaj ce dyslokacja i s abe przeszkody2
Oddziaływanie przecinające – dyslokacja i słabe przeszkody

Dyslokacje mogą przecinać cząstki (i pola naprężeń wokół nich ):

Im więcej jest cząstek i im są większe tym większe siły (naprężenia) są potrzebne do ich przecięcia.


Oddzia ywanie omijajace dyslokacje i silne przeszkody
Oddziaływanie omijajace – dyslokacje przeszkodyi silne przeszkody


Oddzia ywanie omijajace dyslokacje i silne przeszkody1
Oddziaływanie omijajace – dyslokacje przeszkodyi silne przeszkody


Oddzia ywanie omijajace dyslokacje i silne przeszkody2
Oddziaływanie omijajace – dyslokacje przeszkodyi silne przeszkody

Im większe są odstępy pomiędzy cząstkami tym łatwiej

przeciskają się dyslokacje przez szczeliny.

.

Każde ominięciepozostawia za sobą pętlę dyslokacyjną

– zawężającą szczelinę pomiędzy cząstkami

Wpływ na stopień umocnienia odkształceniowego (przez zgniot).


Oddzia ywanie przecinaj ce umocnienie koherencyjne
Oddziaływanie przecinające – przeszkodyumocnienie koherencyjne

Pola odkształceń

wokół stref Guinier-Prestona

miedzi (Cu)

w aluminium (Al)

Małe wydzielenia koherentne z osnową.

Wszystkie płaszczyzny sieciowe, zawierające płaszczyznypoślizgu są ciągłe (niezmienione)

Gdy dyslokacja przechodzi przez wydzielenie; inne

parametry sieciwydzieleniapowodują, ze wokół niego

powstaje pole naprężeń (o stosunkowo dalekim zasięgu)

Pole to oddziałuje bezpośrednio z polem naprężeń wokół dyslokacji.

∆τ ~ 2 G ε f

ε = niedopasowanie odkształceniowe, f = udział objętościowy wydzieleń


Oddzia ywanie przecinaj ce umocnienie w wyniku r nicy modu w spr ysto ci poprzecznej
Oddziaływanie przecinające - przeszkodyUmocnienie w wyniku różnicy modułów sprężystości poprzecznej

Energia dyslokacji zależy od modułu G ośrodka w którym się znajduje E= Gb2; gdzie: 0,51,0

Różnica modułów osnowy Gm i cząstki Gp powoduje, że do przecięcia cząstki przez

dyslokację niezbędne jest dodatkowe naprężenie:

G  ½ G f  ;

gdzie:  = Gp-Gm/Gm,; f – udział objętościowi wydzieleń


Oddzia ywanie przecinaj ce umocnienie chemiczne
Oddziaływanie przecinające – przeszkodyumocnienie chemiczne

Przecięcie cząstki przez dyslokację powoduje wzrost powierzchni międzyfazowej (w przypadku

cząstki kulistej o 2Rb).


Oddzia ywanie przecinaj ce umocnienie chemiczne1
Oddziaływanie przecinające – przeszkodyumocnienie chemiczne

Energia powierzchniowa = (4πr2 + 2πrb)γ ;

gdzie:  - energia jednostkowa powierzchni międzyfazowej pomiędzy cząstka a osnową

Wzrost umocnienia wyrażony wzrostem naprężenia:

chem f/2b

gdzie: f – udział objętościowy wydzieleń


Oddzia ywanie przecinaj ce umocnienie w wyniku r nej energii b du u o enia ebu
Oddziaływanie przecinające – przeszkodyUmocnienie w wyniku różnej energii błędu ułożenia (EBU)

Energia błędu ułożenia (EBU) wydzielenia jest mniejsza niż osnowy:

Szerokość błędu wzrasta;

Energia sprężysta jednostkowa dyslokacji 

Całkowita energiadyslokacji w cząstce 

Energia błędu ulożenia (EBU) wydzielenia jest większa niż osnowy:

Szerokość błędu zmniejsza się:

Jednostkowa energia sprężysta dyslokacji

Całkowita energia dyslokacji w cząstce

W każdym przypadku, wydzielenia umacniają stop.


Oddzia ywanie przecinaj ce umocnienie przez cz stki uporz dkowane
Oddziaływanie przecinające - przeszkodyUmocnienie przez cząstki uporządkowane

“Superstopy” są klasycznym przykładem tego umocnienia

Kluczowym składnikiem ich struktury jestfaza (Ni, Fe)3Al: γ`.

We współczesnym superstopie może być ok.. 60 - 85% γ`

Nikiel jest swoistym spoiwem utrzymującym fazyγ`razem.


Oddzia ywanie przecinaj ce umocnienie przez cz stki uporz dkowane1
Oddziaływanie przecinające - przeszkodyUmocnienie przez cząstki uporządkowane

Dyslokacja przecinając cząstkę uporządkowaną “burzy” porządeki powoduje powstawanie w obrębie cząstki granicy antyfazowej oraz związanej z nią powierzchni antyfazowej.

Z utworzeniem powierzchni antyfazowej jest związana dodatkowa energia tzw. energia powierzchni granicy antyfazowej - a

Energia dyslokacji przechodzącej przez cząstkę jest zwiększona o energię PGA.

Cząstki uporządkowane podwyższają w ten sposób naprężenie potrzebne do ruchu dyslokacji.

Dodatkowe naprężenie potrzebne do przecięcia cząstek uporzadkowanych:

PGA   (EPGA) f / 2b

gdzie: EPGA – energia powierzchniowa granicy antyfazowej; f – udział objętościowy wydzieleń


Oddzia ywanie omijaj ce mechanizm orowana
Oddziaływanie omijające – mechanizm Orowana przeszkody

Silne przeszkody – nieodkształcalne i twarde cząstki

Wydzielenia są bardzo efektywnymi blokadami

dla poruszających się dyslokacji jeśli:

• są uporządkowanymi związkami międzymetalicznymi

– z silnymi ukierunkowanymi wiązaniami

(np. CuAl2 w stopach Al, Ni3Al w superstopach na bazie Ni, Fe7Mo6 stalach maraging)

• są (prawie) związkami o wiązaniach kowalentnych

(np. Fe3C, WC, AlN w stalach, MoSi2 w stopach Al)

• mają wyraźną granicę fazową z osnową,

• mają silne wokół siebie pola naprężeń wskutek niedopasowania z siecią osnowy,

• są duże i dlatego trudne do przecięcia.

•Jednakżewiększe cząstki to jednocześnie mniejsza ich ilość i większe odległości miedzy nimi w osnowie .


Oddzia ywanie omijaj ce mechanizm orowana1
Oddziaływanie omijające – mechanizm Orowana przeszkody

Ilustracja mechanizmu Orowana


Oddzia ywanie omijaj ce mechanizm orowana2

L-2r przeszkody (m)

(MPa)

0.01

2250

Czy wykonalne?

0.1

225

użyteczne

1

22.5

Nic nie znaczący wzrost umocnienia

10

2.25

Oddziaływanie omijające – mechanizm Orowana

Wzrost krytycznego naprężenia stycznego związanego z omijaniem cząstek przez poruszające się dyslokacje:

Dla stali: G = ~ 90 GPa; b = ~ 0.25 nm


Krytyczne napr enie styczne stopie umocnienia cz stkami drugiej fazy
Krytyczne naprężenie styczne - stopień umocnienia cząstkami drugiej fazy

Krytyczne naprężenie styczne dla mechanizmu przecinania cząstek:

Krytyczne naprężenie styczne dla mechanizmu omijania cząstek (Orowana):

gdzie:  - stała proporcjonalności; b- wektor Burgersa; f – udział objetościowy cząstek;

R – promień cząstki; G- moduł sprężystości poprzecznej

Stopień umocnienia stopu cząstkami drugiej fazy (mierzony krytycznym naprężeniem stycznym 0) o określonej

wielkości (R) jest proporcjonalne do f1/2. Przy stałym f umocnienie stopu jest powodowane przez wzrost wielkości

cząstek koherentnych (0~ R1/2) lub zmniejszenie cząstek omijanych mechanizmem Orowana (0~ 1/R).



ad