Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

Átírás

1 Képlékeny alakítás Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások Szemcseméret csökkentés Hőkezelés Ötvözés allotróp átalakulással rendelkező ötvözetek kiválásos nemesítés diszperziós keményítés interstíciós szubsztitúciós új fázis megjelenése Kompozit anyag (réteges, szálerősítésű, részecske erősítésű) 1 Képlékeny (hideg) alakítás Diszlokáció sűrűség nő (10 16 ) m -2 Szilárdság, keménység nő képlékenység, szívósság csökken Gb σ = α π ρ = k ρ 2

2 Szemcse-, krisztallithatárok hatása Hall-Petch egyenlet (alsó folyáshatár) σ = σ polikr egykr + k d A határon felhalmozódó diszlokációk feszültségtere (feszültségcsúcs) indítja meg az alakváltozást a szomszédos krisztallitban. Szemcseméret szemcsehatáron felhalmozódó diszlokációk száma Kifáradási tulajdonságok Inhomogén alakváltozás 3 Ötvözés hatása Az interstíciós ötvözők szilárdságnövelő hatása (nagyságrenddel) erősebb mint a szubsztitúciós ötvözőké. 4

3 Ötvözés hatása (oldódási keményedés) szilárd oldat diszlokációk - oldott atomok kölcsönhatása Cottrell-atmoszféra folyáshatár mindig magasabb mint a tiszta fémé kis ötvöző tartalom esetén: ötvözés önálló 2.fázis σ nagyobb r r 0 σ = G r 0 2 c 5 Hőkezelés hatása Allotróp átalakulás nélküli ötvözetek önálló 2. fázis megjelenése kiválásos, diszperziós keményedés Cu, Al ötvözetek Allotróp átalakulással rendelkező ötvözetek acélok nem egyensúlyi átalakulásai (perlites-, bainites-, martenzites fázisátalakulás) 6

4 Kiválásos keményedés Nemesíthető ötvözetek: korlátolt oldódás, kemény 2. fázis Al-Cu: Al 2 Cu Al-Mg-Si: Mg 2 Si Al-Zn-Mg: Zn 2 Mg Túltelített szil. oldat Szegregáció (precipitáció) Metastabil állapot 7 α (túltelített) α (I) + G.P. zónák α (II) + β (koherens) α (III) + β (szemikoherens) α (egyensúlyi) + β (inkoherens) Alapfém Diffúzió Diffúzió Ötvöző Túltelített szilárd oldat Guinier-Preston zóna β kiválás (1-10 d vastag, d átmérő) (koherens) 8

5 Szilárdság növelési mechanizmusok Koherens fázishatár csúszósíkok folytatódnak kiválásokat a diszlokációk átmetszik Torzult tartományok diszlok. mozgás nehezedik Kiválások átmérője nő D (kiválások közötti távolság) csökken: túlöregítés Inkoherens határok Diszperziós keményedés diszlokáció - kiválás kölcsönhatás (forrás) Orowan-mechanizmus (folyáshatár) σ = G b D 9 Diszperziós ötvözetek porkohászat (sajtol + izzít, HIP): Al + SiO 2, Cu + Al 2 O 3 belső oxidáció (O 2 atmoszférában izzít): Al - Si, Cu - Al Előny: fázisarányt (tulajdonságokat) a hőmérséklet nem változtatja meg. kiválásosan nemesített ötvözetek 10

6 Fe - C, Fe - Fe 3 C rendszer 11 Fe - C rendszer stabil (csak nagyon lassú hűtés esetén) Fe - Fe 3 C metastabil (Fe 3 C kritikus mérete kisebb gyakorlati eset) Ikerdiagram 6,7% -nél Fe 3 C Fázisok - szövetelemek ferrit (α) tkk, interstíciós szilárd oldat (max.c = 0,02 %) ausztenit (γ), fkk, interstíciós szilárd oldat (max.c = 2,1 %) cementit (Fe 3 C), interstícós elektron vegyület (ortorombos) perlit (ferrit -cementit) eutektoid (0,8 %) ledeburit (ferrit - cementit) eutektikum (4,3 %) PQ: ferrit C oldóképességének határa ES: ausztenit C oldóképességének határa GOS: (hűtésnél) γ α átalakulás kezdete MO: Curie-hőmérséklet vonala 12

7 Ferrit Hipoeutektoidos acél C = 0,26 % (ferrit - perlit) 13 Hipereutektoidos acél C = 1,21 % (perlit - cementit) Hipereutektikumos öntöttvas C = 5 % (cementit - ledeburit) 14

8 Acélok nem egyensúlyi átalakulásai Perlites (eutektoidos) átalakulás γ α + Fe 3 C (lassú hűtés) bomlás (0,8% C, 723 C) csíraképződés, diffúzió γ (0,8% C) α + Fe 3 C (6,7% C) 6,7/0,8 = 8,37!!! ausztenit határon indul Fe 3 C képződéssel lemezes szerkezet hűtési sebesség finomság korlátozottan, de alakítható 15 Bainites átalakulás γ α + Fe 3 C (gyors hűtés, T < 550 C) bomlás csíraképződés, diffúzió (korlátozott) ausztenit határon indul (α képződéssel) α (< 0,3% C)!!! (0,02% C egyensúlyi) Fe 3 C korongok, tűs szerkezet felső - alsó bainit rosszul alakítható szövet 16

9 Martenzites átalakulás Bain-modell z irányban: x, y irányokban: Ausztenit extrém gyors hűtése (M s 220 C) diffúzió nélküli egyfázisú martenzites szerkezet (tetragonális), C tartalom ua. mint az ausztenité amiből keletkezett kb. 4% fajtérfogat növekedés feszültség M S, M F között (rest ausztenit) 17 Habitus sík, homogén nyíró alakváltozás, elfordulás. Alakíthatatlan, extrém kemény szövet megeresztés (ausztemperálás) martenzit és maradék ausztenit 18

10 Fázisátalakulások sebessége Fázisátalakulás (diffúziós) szabadenergia változás (termodinamikai hajtóerő) kristályosodási képesség (N, G) diffúzió 19 Izotermikus átalakulási diagramok Time - Temperature - Transformation (TTT) Gyors hűtés, hőntartás: átalakulás kezdete, befejeződése. Termodinamikailag- kontrolált tartomány Diffúzió-kontrolált tartomány. 20

11 Eutektiodos acél TTT diagramja. 21