Transcript 04_Korsz_anyagok_Szilardsagnoveles - BME

Szilárdságnövelés lehetőségei
Korszerű anyagok és technológiák, M.Sc.
2013
Szilárdságnövelés
A metastabilitások fajtái (tágabb értelemben)
összefüggenek a szilárdságnövelés lehetőségeivel
TÖBBLET
ENERGIA
(RTm)
TÖBBLET
ENERGIA
J/mol)
A METASTABIL ÁLLAPOT JELLEGE
PÉLDÁK
ÖSSZETÉTELLEL KAPCSOLATOS
TÚLTELÍTETT OLDATOK
1
10
SZERKEZETTEL KAPCSOLATOS
TÚLHŰTÖTT OLVADÉKOK, AMORF
FÉMEK ÉS
INTERMETALLIKUS FÁZISOK
 0.5
5
MORFOLÓGIAI VAGY TOPOLÓGIAI
TERMÉSZETŰ
NAGY FELÜLETŰ,NANO-MÉRETŰ
FÁZISDISZPERZIÓK
 0.1
1
Szilárdságnövelés
Milyen szilárdságnövelő mechanizmusok vannak?
•
Képlékeny alakváltozás okozta keményedés (képlékeny alakítás)
(újabban: sugárzási károsodás)
•
Oldott atomok által okozott felkeményedés (az oldott atomok
tulajdonságai: Hume Rothery szabályokkal való összefüggés!)
•
•
Kiválásos keményedés (precipitációs keményedés)
Diszperziós keményedés
•
Gyors hűtés okozta keményedés (quench hardening)
•
Szemcseszerkezet finomítása
Szilárdságnövelés – képlékeny alakváltozás
Pusztán a diszlokációsűrűség változásából adódó keménység
(modulus) változások
A fémek leglágyabb és legkeményebb
állapota pusztán a diszlokációsűrűség
alapján
Egykristály-rekrisztallizált (lágyított)
fém- plasztikusan deformált (nagy diszl.
sűrűségű) állapot
Szilárdságnövelés – képlékeny alakváltozás
Szilárdságnövelés – képlékeny alakváltozás
I.
szakasz: rugalmas tartomány után a könnyű csúszás vagy egyszeres csúszás jelensége
a domináns.
II.
szakasz: meredek, T-től független (csúszásvonalak rövidek, inhomogén deformációs
tartományok).
III.
szakasz: parabolikus (nem lineáris) tartomány, kevéssé ismert diszlokációmozgásimechanizmus, kezdete, megjelenése hőmérséklettől függ.
A keményedési görbe alakja a kristályszerkezettől nagy mértékben függ!
Szilárdságnövelés – oldott atomok és diszlokációk kölcsönhatása
Oldott atomok, kiválások, diszperziók okozta keményedési mechanizmus rokon
vonásai, és a különbözőségek
•
A felkeményedés mechanizmusa:
→ öregedés
Szilárdságnövelés – képlékeny alakváltozás és szilárd oldat
Szilárdságnövelés – képlékeny alakváltozás és szilárd oldat
Mi határozza meg az oldékonyságot?
Hume-Rothery: méret hatás, elektronegatív valenciakülönbség, rácsszerkezet
Zn
As
Sn
Szilárdságnövelés – öregedés hatása
Az atomi folyamatoktól és/vagy fázisviszonyok változásától függetlenül
az öregedés jelenti:
- szilárdság növekszik,
- az ReH és az Rm közelít egymáshoz,
- alakváltozó képesség csökken,
- ütőmunka csökken.
→ elridegedés
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
A kiválásos keményedés két lépcsője:
1. Az egyensúlyi oldási viszonyokhoz képest túltelített szilárd oldat keletkezik.
- általában gyors hűtéssel (egy nagyobb oldhatósággal rendelkező
tartományból).
2. Finom kiválások megjelenése → közelítünk az egyensúlyi oldási és
fázisviszonyokhoz.
- kisebb hőmérsékletű, mint az 1. lépcső „mesterséges öregítő”
hőkezeléssel,
- esetleg természetes öregedéssel.
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
To görbék lefutásának meredeksége és a maximális túltelíthetőség, a
megoszlásmentes megszilárdulás, az üvegképződés jelensége
Milyen határesetek lehetnek?
-túltelitett, kristályos szilárd oldatok képződése
-fémes üvegállapot keletkezése (glassy alloys)
T
cL
T
cL
•
•
•
L
/L

L
/L
T0
T0


Tg
/L
T0
/L
T0
 ss
Üveg

 ss

ss
ss
A
B
a)
A
B
b)
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
Kiválásos folyamat egyetlen lépésben
konkrét példák: Fe-alapú ötvözetekben Ti, Mo, karbidok kiválása
lényeg: nagy legyen a hajtóerő!
4
G     r 3  Gv  4    r 2  
3
2    TE
r* 
L  T
Mit kell szabályozni a kiválásos folyamat során?
A kiválások mennyiségét, átlagos méretét
és távolságát!
Milyen eszközökkel?
-koncentráció beállítása
-hőkezelések hőmérséklete
Hőkezelések ideje
-
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
Konkrét példa túltelített oldatokból történő kiválási folyamatokra
•
Kiválásos keményedés - Al –ötvözetekben: itt több lépcsős a kiválási
folyamat !
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
Kiválásos folyamat mechanizmusa több lépcsőben
•
•
Amikor az egyensúlyi kiválási folyamat több lépcsős
Spinodális dekompozíció
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
Több lépésben éri el a rendszer a szabadenergia minimumoz
(az egész folyamat részleteiben a T,t függvénye)
•
Guinier- Preston
zónák: hosszútávú
fluktuációkkal
kezdődik a szilárd
oldat lebomlása
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
A kiválási folyamatok értelmezése
•
Az összetételtől is függ a folyamat végeredménye
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
Al(Cu)” nemesítési” folyamatai
•
A keménység alakulása a hőkezelési folyamatok során
Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés
Folyamat stabilizálódása Al(Cu) túltelített szilárd oldatból kiváló fázisnál
Stabilizálás harmadik komponenssel: Ti, Mg, B, stb Mit kellene javítani?
Öntési zsugorodást, hőkezelések során történő méret és mechanikai
tulajdonság változásokat csökkenteni
Hőkezelések hatása a szilárdságra
Mikro-ötvözéssel szabályozzák a kiválások eloszlását, méretét, a hőkezelés
paramétereit!