3.2.1 Зміцнення твердих розчинів заміщення при легуванні

Теорія Мотта-Набарро.

Завдяки різниці розмірів атомів металу та легувального елеме­нта в гратці виникають локальні напруження <у=^ 8а).

8а     (ам. - ал.е.)/ам ,

де 8 - невідповідність атомних розмірів металу та легувального

елементу;

ам., аяе. - розміри атомів металу та легувального елементу.

Навкруги атома легувального елемента утворюються поля на­пружень, для подолання такої перешкоди при пересуванні дислокації необхідно витратити додаткову енергію.

Критичне напруження згину: Ткр = F /(Ь ■ Ь)

В системах Fe—Ni, Fe—Al, Fe—Co критичне напруження текучості при взаємодії атомів з дислокаціями:

Тт = 2,5 ■ О ■8а/2сл.е. де О - модуль зсуву;

8а - невідповідність атомних розмірів металу та легувального елементу;

сПеЄ. - вміст легувального елементу Модель Флейшера крім різниці в атомних розмірах враховує та­кож    різницю    в    модулях    матриці    та    розчиненої речови-

ІТ„. х   - ОМ - Ол.е.

ни: 8о =-у,-

Ом

Ця модель базується на факті, що для пересування дислокації через „тверді" та „м'які" області в матриці потрібна додаткова робота.

У випадку деформації граток найбільше зміцнення відповідає випадку, коли існує значна різниця валентностей між розчинником та розчиненим елементом. До складу у-фази (сплав на основі нікелю) входять елементи: А1, Ті, Бе, Сг, \¥, Со, Мо. Різниця атомних діаметрів цих елементів та нікелю змінюється від(+1%) для Со до (+13%) для \¥.

Найбільш ефективним є легування нікелю наступними елемен­тами: \¥, Мо, Сг, А1. Але при надмірному легуванні W, Мо слід враху­вати можливості утворення а-, |і-фаз, що мають несприятливий вплив на властивості сплавів.

Жароміцність - властивість, яка залежить від стабільності стру­ктури при підвищених температурах . Із підвищенням температури дифузійна рухомість атомів зростає, це спричиняє зміну структури та властивостей.

Повзучість - деформація, що повільно відбувається при постій­них напруженнях нижче границі текучості, спостерігається в широко­му інтервалі температурі. Найбільший практичний інтерес (для мате­ріалів деталей ГТУ) становить повзучість при Т = 0,4-0,75 Тпл.

 

На кривій повзучості існують три характерних зони. На першій стадії спостерігається уповільнення швидкості деформації з часом. На другій стадії деформація відбувається із постійною швидкістю. Третій зоні відповідає прискорення деформації, процес завершується руйну­ванням.

Механізм впливу легувальних елементів на повзучість:

— змінюються фізичні константи;

— змінюються швидкість дифузії;

— утворюються атмосфери при взаємодії дислокації з леговани­ми елементами.

Залежність швидкості повзучості

Оа а-Ь     .   Е .

У„ =-ехр(--) -

п     КТС0 кТ

де Уп - швидкість повзучості;

Оа - коефіцієнт дифузії атомів розчинника (коефіцієнт само­дифузії);

а- напруження, що прикладаються; Ь - вектор Бюргерса;

С0 - середня концентрація атомів легувального елемента в сплаві;

Е - енергія активації процесу повзучості; Оа = /(С0), більшість легувальних елементів уповільнюють дифузійну рухомість - (чим більше С0 тим Оа менше). Легувальні елементи тим більше впливають на опір повзучості чим вище температура.

 

% л.ел.

Рисунок 3.7 - Схема залежності опору повзучості (1/8) від вмісту легувального елементу