Дефекты кристаллического строения металлов

Дефекты -это несовершенства кристаллического строения (рис.2).

Точечные дефекты, сопоставимы с размерами атомов:

· вакансии – отсутствующие атомы в узлах кристаллической решетки;

· межузельные атомы – собственные атомы между узлами;

· атомы внедрения и замещения – примесные атомы.

Рис. 2. Точечные дефекты в кристаллической решетке.

Линейные дефекты – дислокации (рис. 3):

· краевая дислокация – граница неполной атомной плоскости, перпендикулярная вектору сдвига в кристаллической решетке;

· винтовая дислокация – линия, параллельная вектору сдвига, вокруг которой атомные плоскости образуют винтовую поверхность.

Плотность дислокаций r, см^-2 – суммарная протяженность дислокаций в 1 см³ кристалла.

τ

с

a) б)

τ

а

с

а

c

Рис. 3. Схематические изображения краевой (а) и винтовой (б) дислокаций

τ – векторы сдвига; ас – линии дислокаций.

Поверхностные дефекты. К ним относятся:

· границы зерен – поверхности раздела между отдельными зернами в поликристалле;

· дефекты упаковки – нарушения чередования атомных плоскостей.

Объемные дефекты: поры, трещины, частицы вторичных фаз, и т.д.

Дефекты искажают кристаллическую решетку и влияют на свойства металлов (рис 4). Увеличение плотности дислокаций в технических металлах (участок 4) приводит к повышению прочности металлов. Высокую прочность имеют кристаллы с бездефектной структурой - «усы» (участок 2).

Рис. 4. Зависимость прочности металла от плотности дислокаций: 1 – теоретическая прочность; 2 – бездефектные кристаллы «усы»; 3 – не упрочненные металлы; 4 – сплавы, упрочненные наклепом, термической или термомеханической обработкой

 

 

1. Виды и назначение отпуска и отжига. Фазовые и структурные превращения при этих видах термообработки.

Цель отжига – получение равновесной структуры. Это достигается путем медленного охлаждения детали вместе с печью (рис. 38). Структуры сталей после отжига соответствуют равновесной диаграмме состояния (Fe-Fe₃C):

· доэвтектоидных - П+Ф,

· эвтектоидной – П,

· заэвтектоидных – П+Ц_II.

 

Виды отжига:

Рекристаллизационный отжиг проводится для снятия наклёпа. Температура нагрева сталей 650…700°С (Рис.39).

Отжиг для снятия остаточных напряжений (в отливках, сварных соединениях и др.) проводится при температуре 550..650°С.

Диффузионный отжиг (гомогенизация) применяется для легированных сталей с целью устранения химической и структурной неоднородности, Т_нагр= 1100..1200°С (Рис.39), выдержка 15..20 часов. После диффузионного отжига формируется крупнозернистая структура (П+Ф).

Полный отжиг проводится для доэвтектоидных сталей с целью получения мелкозернистой равновесной структуры с пониженной твёрдостью и высокой пластичностью и снятия внутренних напряжений. Полный отжиг проводится при температуре на 30..50°С выше линии А_С3 (Рис.38), происходит полная фазовая перекристаллизация, структура – П+Ф, мелкозернистая. Полный отжиг заэвтектоидных сталей не применяется, так как приводит к образованию структуры П+Ц_II с хрупкой цементитной сеткой.

Неполный отжиг доэвтектоидных сталей проводится при температуре на 10…30°С выше линии А_С1 (Рис.39) с целью снизить твёрдость для улучшения обработки резанием. Происходит частичная перекристаллизация. Применяется вместо полного отжига, если не требуется измельчение зерна.

Для заэвтектоидных сталей назначается только неполный отжиг. Он проводится при температуре на 10…30°С выше линии А_С1 (Рис.39) с цельюполучения зернистого перлита. Такой отжиг называется сфероидизирующим.

Изотермический отжиг применяется для легированных сталей и заключается в нагреве выше линии А_С3, быстром охлаждении до 620…660°Сс последующей изотермической выдержкой в течение 3…6 часов до полного распада аустенита с образованием сорбита пластинчатого. Далее ведут охлаждение на воздухе.

 

Рис. 39. «Стальной угол» диаграммы состояния Fe-Fe₃C с нанесенными температурами нагрева при различных видах отжига

Отпуск – нагрев закаленной стали до температур ниже А_С1, выдержка и охлаждение. Цель отпуска – получение окончательной структуры и свойств стали. Отпуск основан на превращениях мартенсита при нагреве (см. п. 6.3), в результате которых происходит изменение структуры и свойств стали (рис. 43). Различают три вида отпуска (табл.3). Окончательная термообработка, назначаемая изделию для придания требуемых свойств, состоит из закалки и последующего отпуска. Закалку с низким отпуском применяют для деталей машин и инструмента, от которых требуются высокая твердость и износостойкость. Закалку с последующим средним отпуском – для изделий с повышенными упругими свойствами. Закалку с высоким отпуском (улучшение) – для деталей, работающих при повышенных динамических (ударных) и циклических нагрузках.

Характеристика видов отпуска

Виды отпуска	Температура, °С	Структура	Свойства	Применение
Низкий	150…250	Мотп	HRC, σв	Инструмент, подшипники, детали после ХТО и ТВЧ
Средний	350…500	Тотп	σупр, σ-1	Рессоры, пружины
Высокий	500…680	Сотп	КС	Валы, оси, шатуны

 

1. Алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой. Их состав, термическая обработка, структура и свойства. Области применения.