ВУЗ: Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского
Категория: Шпаргалка
Дисциплина: Материаловедение
Добавлен: 18.02.2019
Просмотров: 683
Скачиваний: 9
|
№ |
Сплав |
[Mo]экв |
К |
Отжиг |
Закалка |
Проч. |
Терм. |
≤9% |
|
1 |
Ti-6Al-6V-2Sn |
4,26 |
0,36 |
+ |
март. |
выс. |
упр. |
6 |
|
Ti-3Al |
0 |
0 |
|
март. |
сред. |
не упр. |
3 |
|
|
Ti-5Al-4Mo-4Zr-2Sn-2Cr-1Fe |
9,34 |
0,88 |
+ |
март. |
выс. |
упр. |
6,7 |
|
|
Ti-5Al-0,3Si-0,5Cr-0,5Fe |
1,84 |
0,17 |
псевдо- |
март. |
выс. |
не упр. |
5 |
|
|
2 |
Ti-3Al-8V-4Mo-6Cr-4Zr |
19,7 |
1,78 |
+ |
псевдо- |
сред. |
упр. |
3 |
|
Ti-2Al-2,5Zr |
0 |
0 |
|
март. |
сред. |
не упр. |
2,5 |
|
|
Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,25Si |
0,5 |
0,05 |
псевдо- |
март. |
выс. |
не упр. |
6,9 |
|
|
Ti-5Al-1,5Fe |
3,0 |
0,27 |
+ |
март. |
выс. |
упр. |
5 |
|
|
3 |
Ti-6Al-1Sn-1Zr-4Mo-0,2Si |
4,0 |
0,4 |
+ |
март. |
выс. |
упр. |
6,5 |
|
Ti-2Al-11V-2Sn-11Zr |
7,81 |
0,66 |
+ |
март. |
сред. |
упр. |
4,5 |
|
|
Ti-4Al-0,005B |
0 |
0 |
|
март. |
сред. |
не упр. |
4 |
|
|
Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-1Mo |
1,71 |
0,16 |
псевдо- |
март. |
выс. |
не упр. |
5,5 |
|
|
[Mo]экв = Mo+0,71·V+1,67·Cr+2·Fe
К = 0,1·Mo+0,06·V+0,15·Cr+0,18·Fe [Al]экв = Al+0,33·Sn+0,17·Zr |
Билет №4
На рисунке показана микроструктура псевдо - титанового сплава (Ас3=1050С) после изотермической обработки по следующим режимам:
|
|
|
|
|
а) нагрев до 1070 С, выдержка 30 минут, быстрое охлаждение (vvкр1) до 1000С, выдержка 60 минут; |
б) нагрев до 1070 С, выдержка 30 минут, быстрое охлаждение (vvкр1) до 900С, выдержка 60 минут; |
в) нагрев до 1070 С, выдержка 30 минут, быстрое охлаждение (vvкр1) до 700С, выдержка 60 минут. |
Ответ: Предварительный нагрев был произведен в β-области, выше Тпп, изотермическая выдержка произведена в (α+β)-области. Вблизи Тпп основную роль играют высокоугловые границы β-фазы (а), т.е. они являются предпочтительными местами зарождения α-фазы (она в первую очередь образуется по границам зерен, четко видна). Имеет толщину больше, чем пластины, которые расположены в теле зерна, которые образуются дальше в процессе изотермической выдержки.
С понижением температуры (б) роль высокоугловой границы исходного β-зерна снижается, и предпочтительными местами зарождения будут являться дислокации, расположенные в теле зерна. На микроструктуре (б) видно, что α-оторочка уже тонкая и соизмерима с толщиной пластин α-фазы в теле зерна, т.е. температура была ниже, чем на (а).
На микроструктуре (в) α-оторочка не выделяется, а идет распад одновременно по телу зерна, следовательно, температура наинизшая.
Билет №5
На рисунке показана микроструктура +- титанового сплава (Ас3=960С) после упрочняющей термической обработки по следующим режимам:
|
|
|
|
|
а) нагрев до 1000 С, выдержка 30 минут, охлаждение со скоростью (vvкр1) до нормальной температуры, старение при 600С, выдержка 100 секунд; |
б) нагрев до 1000 С, выдержка 30 минут, охлаждение со скоростью (vvкр1) до нормальной температуры, старение при 550С, выдержка 400 секунд; |
в) нагрев до 1000 С, выдержка 30 минут, охлаждение со скоростью (vvкр1) до нормальной температуры, старение при 450С, выдержка 1000 секунд. |
Ответ: Упрочняющая ТО – это закалка+старение. Закалка производилась из β-области, т.к. Тнаг выше Тпп.
Чем ниже температура старения, тем более дисперсными будут выделяться частицы α-фазы (в).
Чем больше время выдержки, тем интенсивнее в процессе выдержки будет происходить коалесценция α-фазы, т.е. увеличение одних частиц за счет других (в).
Чем мельче размер структурных составляющих, тем меньше температура, при которой они образовались.
На приведенных микроструктурах видно, как с понижением температуры (а>б>в) старения размер частиц α-фазы становится меньше.
Билет №6
На рисунке показана микроструктура +- титанового сплава после охлаждения из -области до нормальной температуры со скоростью:
|
|
|
|
|
а) vохл=70К/с; |
б) vохл=0,4К/с; |
в) vохл=0,03К/с |
Ответ: ↑ vохл ↓ пластины
С понижением скорости охлаждения (vохл) будет более равновесная структура, т.е. больше будут успевать происходить диффузионные процессы и будут крупнее структурные составляющие.
С понижением vохл количество образующихся в процессе охлаждения α-фазы увеличивается.
Чем меньше vохл , тем больше распад, и частицы α-фазы успевают еще подрасти; четко видны границы α-фазы.
Билет №7
На рисунке показана микроструктура +- титанового сплава после охлаждения из +-области до нормальной температуры со скоростью:
|
|
|
|
|
а) vохл=70К/с; |
б) vохл=5К/с; |
в) vохл=0,4К/с. |
Ответ: С понижением скорости охлаждения (vохл) будет более равновесная структура, т.е. больше будут успевать происходить диффузионные процессы и будут крупнее структурные составляющие (в).
С понижением vохл количество образующихся в процессе охлаждения α-фазы увеличивается.
Но чем меньше vохл , тем больше распад, и частицы α-фазы успевают еще подрасти; четко видны границы α-фазы.
Присутствуют первичные частицы α-фазы, с которыми ничего не происходит (широкие пластины).
По размеру образующейся α-фазы в β можно судить о скорости охлаждения: чем ниже vохл , тем больше размер (в) образующейся в процессе охлаждения α-фазы.
Билет №8
На рисунке показана микроструктура +- титанового сплава после охлаждения из - и +-области до нормальной температуры со скоростью 0,4К/с:
|
|
|
|
охлаждение из -области |
охлаждение из +-области |
Ответ: Охлаждение из -области всегда характеризуется α-оторочкой, образовавшейся при переходе через Тпп, которая видна на микроструктуре (слева). Микроструктуре после охлаждения из +-области свойственны большие пластины первичной α-фазы, между которыми расположены частицы α-фазы; неоднородная структура.
Билет №9-12
На рисунке показана микроструктура + титанового сплава, полученная после различных режимов обработки.
|
|
|
|
|
|
а) пластинчатая |
б) глобулярная |
в) бимодальная |
г) дисперсная |
Ответ:
а) Пластинчатая структура представлена β-зернами, окруженными α-оторочкой и внутризеренной грубопластинчатой α-фазой.
б) В глобулярных структурах частицы первичной α-фазы не полностью сфероидизированы, в бимодальных структурах первичная α-фаза полностью глобуляризована, между частицами первичной α-фазы расположено пластинчатое выделение α-фазы.
Глобулярная структура характеризуется зернами первичной α-фазы, ограниченными по границам β-фазой в виде тонких прослоек.
в) Бимодальная структура состоит из пластинчатой и глобулярной составляющих.
Бимодальная структура сочетает в себе зерна первичной α-фазы (светлые области) и β-зерна с пластинами (темная область).
г) Дисперсная структура характеризуется мелкими размерами α-фазы
Билет №9 Как получить структуру с пластинчатой морфологией -фазы?
Пластинчатая структура -фазы формируется при малых скоростях охлаждения из β-области внутри бывших β-зерен, т.е. в структуре присутствует бывшее β-зерно, в котором расположены α-колонии.
Билет № 10 Как получить структуру с глобулярной морфологией -фазы?
В основе образования глобулярной структуры лежат процессы деления пластин α-фазы, в основе которого лежит фазовое превращение.
Глобулярную структуру можно получить только с помощию термомеханической обработки: пластической деформации, в процессе которой идет накопление дефектов кристаллического строения, т.е. как и в β-матрице, так и в α-пластинах накапливаются дислокации. Если в пластинах нет дислокаций повышенных концентраций, то деления пластин поисходить НЕ БУДЕТ!
Затем либо в процессе деформации, либо в процессе последующего отжига после деформации будет происходить глобуляризация пластин α-фазы.
При определенных условиях деформация пластинчатой α-фазы сопровождается глобуляризацией – процессом деления пластин на зерна глобулярного типа. Движущей силой этого процесса считают изменение поверхностной энергии в месте выхода на межфазную поверхность внутренней границы.
Процесс глобуляризации приводит в итоге к формированию зеренной структуры.
Схематическое представление глобуляризации пластинчатой фазы
Билет № 11 Как получить структуру с бимодальной морфологией -фазы?
Получение требуемого фазового состава и структуры зависит от температурно-деформационных параметров применяемой технологии изготовления заготовок и режимов их последующей ТО.
Бимодальная структура получается при нагреве в (α+β)-область и последующем медленном охлаждении; в этой структуре небольшая объемная доля первичной α-фазы глобулярной формы, распределена в мелкозернистой пластинчатой матрице вторичной α-фазы.
Регулируя параметры бимодальной структуры, в частности долю первичной α-фазы в β-превращенной пластинчатой матрице, можно получить широкий комплекс свойств от уровня, характерного для глобулярной структуры, до уровня, свойственной пластинчатой структуре.
Такая структура создается при высокотемпературной деформации в +-области в условиях тормозящего влияния -фазы на зарождение и рост зерен -фазы. При этом для обеспечения оптимального комплекса свойств необходимо регламентировать не только долю первичной -фазы, но и размеры исходных -зерен, толщину пластин вторичной -фазы и размеры первичной -фазы.
Билет № 12 Как получить структуру с дисперсной морфологией -фазы?
Максимальная степень дисперсной структуры достигается при скорости охлаждения vкр3 (vкр2 < vкр3 < vкр1), т.е. когда диффузия достаточно быстро идет, но при этом еще образуются зародыши α-фазы, но расти они не успевают. Чем ниже температура старения, тем более дисперсней будет α-фаза. Чем ниже время выдержки, тем меньше будет размер структурных составляющих.
Упрочняющая термическая обработка для α+β-сплавов состоит из закалки и старения. Закалка зеключается в нагреве до температур, несколько ниже полного превращения α+β → β (в β-состоянии происходит интенсивный рост зерна), выдержке и последующем быстром охлаждении. При искусственном старении происходит распад закалочных структур (α′ , α˝, β′ ). Конечные продукты ─ дисперсные α и β-фазы, близкие к равновесному состоянию, образование которых вызывает дисперсионное упрочнение (твердение) сплава.
Билет №13
На рисунке показана микроструктура +- титанового сплава, полученная после деформации в - и +-области и охлаждения до нормальной температуры
|
|
|
|
в -области |
в +-области |
1) α-оторочка и пластинчатая структура – подтверждение того, что деформация производилась в β-области. Данная структура применяется редко. Для двухфазных сплавов должна быть не видимой α-оторочка и пластины должны иметь более округлую форму.
На рисунке слева представлена внутризеренная структура в результате полиморфного превращения в процессе охлаждения.
При формировании при охлаждении внутризеренной структуры выделяющаяся α-фаза располагается прежде всего в виде сплошной прослойки по границам β-зерен, очерчивая их форму и тем самым, устраняя возможность их изменения. Затем α-фаза появляется во внутризеренных объемах в форме пластин, собранных в колонии (пачки), в пределах которых α-пластины параллельны между собой и имеют одинаковую кристаллографическую ориентировку. α-пластины разделены прослойками остаточной β-фазы.
2) глобулярная структура – подтверждение того, что деформация производилась в α+β-области
Вдоль направления прокатки (вдоль направления действующей силы) будут не только β-зерна вытягиваться, но и α-фаза будет менять свою ориентировку, она тоже будет выстраиваться вдоль направления прокатки. Далее происходит деление пластин и образование глобул – и это не рекристаллизация (структурное превращение, при этом фазовый состав не меняется). В основе образования глобулярной структуры лежат процессы деления пластин α-фазы, в основе которого лежит фазовое превращение.
Глобулярную структуру можно получить только с помощию термомеханической обработки: пластической деформации, в процессе которой идет накопление дефектов кристаллического строения, т.е. как и в β-матрице, так и в α-пластинах накапливаются дислокации. Если в пластинах нет дислокаций повышенных концентраций, то деления пластин происходить НЕ БУДЕТ!
Затем либо в процессе деформации, либо в процессе последующего отжига после деформации будет происходить глобуляризация пластин α-фазы.
Билет №14
Определить какая структура соответствует нагреву до температуры 1 с последующим охлаждением со скоростью меньше второй критической до нормальной температуры
|
|
Когда нагрев происходит до β-области, то структура портится. Охлаждение из β-области характеризуется большими β-зернами, α-оторочкой и пластинами внутри β-зерна. |
Билет №15
Определить какая структура соответствует нагреву до температуры 2 с последующим охлаждением со скоростью меньше второй критической до нормальной температуры
|
|
Чем крупнее частицы α-фазы, тем ближе температура нагрева была ближе к Ac3 и количество их было меньше, и больше вторичная α-фаза, которая выделяется в процессе охлаждения. |
БИЛЕТ №16
Определить какая структура соответствует нагреву до температуры 3 с последующим охлаждением со скоростью меньше второй критической до нормальной температуры
|
|
Чем ниже температура нагрева, тем меньше изменения в структуре. Это требуется, когда изначальная структура была хорошей, и сильно нагревать сплав не надо, чтобы структура не менялась. То есть надо проводить неполный отжиг для уменьшения остаточных напряжений. |
Билет №17
Какую структуру нужно создать в титановом сплаве, если известно, что изготовленная из этого сплава деталь будет испытывать знакопеременные нагрузки в процессе эксплуатации при нормальной температуре (т.е. должна иметь высокий предел выносливости 1).
|
Глобулярную
Глобулярная структура является мелкодисперсной. |
Сопротивление циклическим нагрузкам зависит от скоростей зарождения и распространения усталостных трещин, которые, в свою очередь, чувствительны к структурному состоянию материала и стабильности этого состояния под нагрузкой. Важнейшими структурными параметрами поликристаллических материалов является размер зерна. При уменьшении размера зерна уменьшается концентрация напряжений на границе, что приводит к повышению предела выносливости. В крупнозернистом материале барьерная роль границ зерна уменьшается, и уже при меньших напряжениях полоса скольжения переходит из одного зерна в другое, т.е. распространяется усталостная повреждаемость. |
Билет №18
Какую структуру нужно создать в титановом сплаве, если известно, что изготовленная из этого сплава деталь должна иметь высокие характеристики жаропрочности (длительную прочность, ползучесть) при температуре 550С.