Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 [ 32 ] 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

лением какой-либо фазы, а с сегрегацией растворенного элемента на дислокациях, образовавшихся в процессе деформации. На них образуются облака Коттрелла. При послегоющей пластической деформации для движения дислокаций /необходимо вырывание их из облаков Коттрелла. Последнее/требует повышения усилий для деформирования, что и служит рричиной упрочнения сплава. j

Старение, вызванное предварительной пластический деформацией, называется статическим деформационным старением. Старение, развивающееся в процессе пластической деформации, называется динамическим. Условием динамического старения является определенное соотношение между скоростями деформации и диффузионным перемещением растворенных атомов. В данном случае происходит блокировка растворенными атомами дислокаций, движение которых при деформировании по каким-либо причинам замедляется, что служит причиной упрочнения. Указанное выше соотношение устанавливается при определенных температурах, например для низкоуглеродистон стали в диапазоне 250-400 °С. Частичное охрупчивание стали при этих температурах называется синеломкостью.

Выделение фаз характерно при отпуске закаленных на мар: тенсит углеродистых и легированных сталей. По мере нагрева стали до температур в интервале 100-700 °С происходит распад метастабильного пересыщенного а-твердвго раствора с последовательным выделением е-карбида (вероятно РегС) и цементита РсзС. Повышение температуры отпуска приводит к коагуляции и сфероидизации карбидов. При температурах, близких к Аси образуется грубая ферритно-карбидная структура. При нагреве сплавов в виде смеси фаз выше температуры, при которой концентрация растворенного элемента становится меньше предела растворимости, происходит фазовое превращение, заключающееся в растворении избыточной фазы. Этим превращениям подвержены сплавы с переменной ограниченной растворимостью, образующие при высоких температурах ненасыщенные твердые растворы. На температуру и интенсивность растворения оказывают влияние размеры и форма частиц избыточной фазы. Чем дисперснее частицы, чем больше радиус кривизны поверхности частиц, тем быстрее они растворяются. Плоские иглообразные частицы растворяются скорее, чем сферические. В условиях ускоренного нагрева, например при сварке, температуры начала и конца растворения существенно повышаются.

5.4. Структурные превращения

Основными структурными превращениями в металлах в процессе нагрева и t)xлaждeния при сварке являются: 1) образование границ зерен; 2) выравнивание границ зерен и их рост;

3) перераспределение химических элементов; 4) перераспределение и изменение плотности дефектов кристаллической решетки.

5.4.1. Образование границ зерен

Образование границ зерен является структурным превращением, присущим литому металлу (сварному шву, отливке) в период завершения его кристаллизации из жидкого расплава. Границы образуются непосредственно при срастании первичных кристаллитов. Поскольку кристаллические решетки кристаллитов ориентированы произвольно, то их сопряжение при срастании кристаллов сопровождается существенными искажениями решеток. Эти искажения и приводят к образованию граничной поверхности [6]. Существует также мнение, что границы образуются путем собирания дислокаций, неупорядоченно расположенных в металле после затвердевания в одну граничную поверхность в результате процесса полигонизации. Однако, по-видимому, более обоснованным является первый механизм образования границ.

Современные представления о строении границ сводятся к тому, что на границах чередуются участки хорошего и плохого соответствия кристаллических решеток соседних зерен. Это так называемые «островные» модели границ зерен. Строение и протяженность участков плохого соответствия зависят от угла разориентировки решеток смежных кристаллитов. Различают малоугловые (угол 15°) и большеугловые границы (угол >15°). Малоугловые границы описывают как ряд отдельных дислокаций. Большеугловая граница рассматривается как область скоплений дислокаций, а сопряжение узлов достигается за счет значительных локальных искажений решетки.

В момент образования границы зерен располагаются в зоне срастания первичных кристаллитов и по форме совпадают с их разветвлениями контурами. Зоны срастания выявляются как обогащенные примесями ликвационные участки, имеющие отличное от центральных участков кристаллитов травление. Интенсивность травления плавно изменяется по ширине зоны в несколько единиц или десятков микрометров. При травлении границы зерен (или условно вторичных зерен) проявляются в виде

Рис 5 8 Соотношение между зонами срастания элементов первичных кристаллитов (/) границами зерен (2)

четкой тонкой линии шириной -~ 10"* мкм, т. е. на два порядка меньшей, чем ширина зон срастания. Эффект травления границ связан со скоплением примесей в результате процесса их сегрегации в приграничных зонах с искаженной решеткой. В случае малого количества примесей в металле или быстрого охлаждения, когда диффузионный процесс сегрегации не успевает произойти, эффект травления ослабевает или исчезает полностью. На свободной поверхности, чистой от оксидов, границы зерен выявляются в виде канавок термического травления. Канавки образуются в результате местной пластической деформации, вызванной уравновешиванием сил граничного и поверхностного натяжения. Термическое травление не связано с сегрегацией примесей, поэтому оно выявляет границы в низколегированных сплавах и чистых металлах, а также в случае больших скоростей охлаждения после затвердевания литого металла. В процессе охлаждения положение границ зерен, как правило, изменяется в результате процесса их миграции. После завершения охлаждения в большинстве случаев границы не совпадают с зонами срастания первичных кристаллитов (рис. 5.8).

5.4.2. Рост зерен

Рост зерен связан со стремлением системы к более равновесному состоянию с меньшей свободной энергией. В соответствии с этим в литом металле шва после завершения кристаллизации и в металле ЗТВ при нагреве происходят изменения в положении границ зерен, приводящие к снижению их поверхностной энергии. Последнее достигается за счет уменьшения суммарной поверхности зерен. Она уменьшается в результате выравнивания волнистых участков на границах и уменьшения количества зерен, т. е. увеличения их размеров (рис. 5.9). Этот процесс называется собирательной или вторичной рекристаллизацией. Рекристаллизация реализуется в результате смещения или миграции отдельных участков или полностью границ зерен.

Степень миграции границ зерен определяется движущими силами миграции, подвижностью границ и временем пребывания металла в области температур высокой диффузионной подвижностью атомов. Движущая сила миграции определяется разницей свободных энергий границ в данном неравновесном и равновесном (после полного завершения миграции) состояниях. При прочих равных условиях движущая сила зависит главным образом от конфигурации граничных поверхностей, характеризуемой количеством участков с повышенной кривизной в макро-и микроскопическом плане. Движущая сила на отдельных участках границы пропорциональна их суммарной кривизне 1/1 + 1/2, где Ri и 2 -радиусы кривизны в двух взаимопер-