Проблема прочности металлов и сплавов в настоящее время является несомненно актуальной, поскольку основу современных технологий по-прежнему составляют металлы и сплавы, в частности сплавы на основе железа. Способность металлов и сплавов в результате различных обработок принимать любую форму, упрочняться, быть свариваемыми и сплавляемыми и самое главное – находиться большей частью в пластическом состоянии, то есть в состоянии, когда деформация не вызывает разрушения, являет собой совокупность их уникальных свойств, которыми не обладают никакие другие материал.
Термической обработкой называют процесс обработки изделий из металлов и сплавов путем теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Это распространенный в современной технике способ изменения свойств металлов и сплавов. На металлургических и машиностроительных заводах термическая обработка является одним из важнейших звеньев технологического процесса производства полуфабрикатов и деталей машин.
Это воздействие может сочетаться также с химическим, деформационным, магнитным и другими воздействиями.
Термообработку применяют как промежуточную операцию для улучшения технологических свойств, и как окончательную операцию для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики изделия.
Теория термической обработки является частью металловедения. При нагреве и охлаждении изменяется структура металлического материала, что обусловливает изменение механических, физических и химических свойств и влияет на его поведение при обработке и эксплуатации.
Лекция №5
Преподаватели: Никитин Анатолий Андреевич, Хаткевич Владимир Маркович
Область научных интересов:
· Сверхпроводящие композиционные материалы на основе Nb3Sn
· Циркониевые сплавы
· Радикальная ковка
· Механические испытания
· Азотирование сталей и сплавов
Азотирование сталей и сплавов
Процесс азотирования стальных деталей заключается в поверхностном насыщении азотом в среде диссоциированого аммиака (NH3) при температурах нагрева 500—700° С в течение 20—90 часов. При азотировании образуется ионы азота, который поглощается поверхностью стальных деталей с образованием твердого раствора азота в матрице металла, нитридов железа и нитридов легирующих элементов. Вследствие этого образец приобретает следующие качества:
1. Улучшается износостойкость деталей из металла за счет повышения индекса твердости их поверхностного слоя.
2. Растет выносливость или усталостной прочности стальных изделий.
3. Обработанный материал приобретает стойкую антикоррозионную защиту, которая сохраняется при контакте с водой, воздухом и паровоздушной средой.
Результаты азотирования намного ценнее в плане дальнейшей эксплуатации, нежели показатели изделия после цементации. Причиной тому служит сам механизм азотирования, вследствие которого образуется поверхностный слой, который в 1,5-2 раза прочнее, чем после закалки и той же цементации
Сверхпроводящие композиционные материалы на основе Nb3Sn
Технические сверхпроводники – это многожильные композиты диаметром от 0,1 до 6 мм, длиной от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров, содержащие в металлической матрице с высокой тепло- и электропроводностью строго определенную долю непрерывных жил из сверхпроводящего материала.
К сверхпроводниковым материалам предъявляются высокие требования – величина и стабильность значений критических параметров, сохранение целостности материала, структурная однородность по длине, допуски на геометрические размеры поперечного сечения, уровень токовых характеристик и т.п. Cверхпроводящие материалы диаметром 0,7-0,8 мм, длиной не менее 1000 м на основе ниобий-титанового сплава и соединения Nb3Sn в медной матрице обладают высокими электро-физическими свойствами.
Лекция №6
Преподаватель: Добаткин Сергей Владимирович
Область научных интересов:
· Сверхпластичность;
· нано- и субмикрокристаллические материалы;
· методы интенсивной пластической деформации.
Сверхпластичность – это такое состояние материала, имеющего кристаллическую структуру, которое допускает деформации, на порядок превышающие максимально возможные для этого материала в обычном состоянии.
Состояние сверхпластичности характерно для металлов и керамик с мелким размером зерна, обычно меньше 20 мкм. Кроме достаточно мелкого зерна, от материала для достижения состояния сверхпластичности требуется высокая однородность распределения по объему термопластичных компонентов, которые связывают между собой границы зерен в процессе пластического течения, позволяя материалу сохранять свою кристаллическую структуру.
Нано- и субмикрокристаллические материалы
В нанокристаллических материалах наблюдается явление сверхпластичности.
Удельное электросопротивление нанокристаллических материалов выше, чем у соответствующих аналогов, так как электроны проводимости сильнее рассеиваются на границах зерен. Уменьшение диаметра зерна меди до 7 нм повышает удельное электросопротивление в несколько раз.
Среди свойств нанокристаллических материалов в первую очередь необходимо отметить необычайно высокую твердость. Представления о микроструктуре нанокристаллических материалов во многом базируются на результатах рентгеновского изучения параметров решетки, внутренних напряжений, атомных смещений.
Интенсивная пластическая деформация
Методы интенсивной пластической деформации (ИПД), заключающиеся в деформировании заготовки с большими степенями деформации, при относительно низких температурах и высоком давлении, позволяют получать объемные беспористые металлические наноматериалы.
К настоящему времени разработано несколько схем ИПД: кручение под высоким давлением (КВД); равноканальное угловое (РКУ) прессование; всесторонняя ковка; мультиосевая деформация; знакопеременный изгиб; аккумулируемая прокатка; винтовое прессование.
Обычные методы деформации (прокатка, волочение, прессование и др.), в конечном счете, приводят к уменьшению поперечного сечения заготовки и не позволяют достигать больших степеней измельчения зерна. Кручение под давлением и РКУ-прессование позволяют деформировать заготовку без изменения конечного сечения и формы, достигая необходимых высоких степеней деформации и измельчения зерна. Сущность этих методов заключается в многократной интенсивной пластической деформации сдвига обрабатываемых материалов. Использование интенсивной пластической деформации позволяет наряду с уменьшением среднего размера зёрен получить массивные образцы с практически беспористой структурой материала, чего не удается достичь компактированием высокодисперсных порошков.
В процессе пластической деформации повышается плотность дислокаций, происходит измельчение зерна, возрастёт концентрация точечных дефектов и дефектов упаковки. Совокупность этих изменений способствует образованию специфической микроструктуры. Основные закономерности формирования структуры в процессе пластической деформации определяются сочетанием параметров исходного структурного состояния материала и конкретными условиями деформирования, а также механикой процесса деформации.