3.5 Теорія дисперсійного зміцнення

Дисперсійне зміцнення - пов'язане із взаємодією дислокацій в матриці з дисперсними частинками надлишкових фаз.

Дисперсійне зміцнення передбачає, що надлишкові фази утво­рюються відповідно до діаграми стану системи, зміцнення відбуваєть­ся після гартування при старінні або відпуску.

Дисперсне зміцнення відбувається за рахунок введення в сплав дисперсних частинок. Наприклад, порошковою металургією отримують композицію (W+ThO2). Процес передбачає приготування порошків, змішування, пресування, спікання. В цьому випадку зміцнювальна час­тинка не є когерентно пов'язаною з металом-основою, майже відсутня хімічна взаємодія, загальмована дифузія між частинкою та матрицею.

При дисперсійному твердінні одночасно відбуваються два про­цеси:

- знеміцнення твердого розчину за рахунок виходу з матриці легувальних елементів. (-Латр„);

- зміцнення за рахунок утворення частинок надлишкової фази

(+Лсд.ч.)

Результуюче зміцнення залежить від модулів (-Лстр) та (+Лсд,ч,) (рис. 3.10)

Л^.ч. І > І

7; °с

 

1 - знеміцнення за рахунок виходу легувального елемента з матриці (твердого розчину);

2 - зміцнення за рахунок утворення дисперсних частинок;

3 - результуюче зміцнення

Рисунок 3.10 - Залежність міцності від температури

Схема легування сплаву впливає на остаточний вигляд кривої зміцнення. Кількість фаз, розподіл, середній розмір, характер части­нок, що утворюються є основними факторами, що впливають на зміц­нення матеріалу при дисперсійному твердінні.

Механізми зміцнення поділяються на основні та другорядні. Ос­новний механізм-взаємодія дислокацій з дисперсними частинками фаз. Другорядні - зміна розміру зерна, утворення блоків, субструктури, зміна фізичних констант сплавів.

Зміцнення залежить від природи зміцнювальних фаз. Для зміц­нення можуть використовуватися частинки карбідів (Ре3С, (Ре,Сг)7С3, (Ре,Сг)23Сб та ін.), нітридів (Ре^ГТ^ Ре4ЇЧ, ТІК, ЛІК та ін.), інтерметалі-дів (КІЛІ, №ТІ, №3Л1, №3(Л1,ТІ), РеСг), електронних сполук. В той же час слід враховувати морфологію частинок, в кобальтових сплавах, наприклад, с-фаза має вигляд грудкоподібних частинок і не окрихчує матрицю як пластинчасті виділення с-фази в нікелевих сплавах.

Властивості частинок, навіть у межах однієї групи, мають значні розбіжності табл. 3.1.

Зміцнювальні частинки мають різні системи ковзання дислока­цій, в залежності від типу гратки, що можуть співпадати, або не спів­падають з типом гратки матриці. При цьому можливе виникнення: -   когерентного зв'язку "частинка-матриця";

- напівкогерентного зв'язку;

- некогерентного зв'язку. Таблиця 3.1 - Властивості карбідів

 

Карбіди

Модулі пружності, ГПа Мікротвердість,

Е

0 (зсуву)    К (об'ємн.) ГПа

ТіС

460

190            232 28,0

 

515

244             300 14,0

\УС

638

270             335 21,0

В сплаві після виділення надлишкових фаз взаємодіють пружні поля частинок, що в матриці викликають деформацію та дислокацій. Взаємодія частинок сферичної форми подібна до взаємодії дислокацій із точковими дефектами. Дислокації є місцями зародження частинок вторинних фаз.