Разделы сайта

Читаемое

Обновления Nov-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [ 70 ] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

Сплав

Тип СП

tic-Па-с

Па-с

Па-с

МА IN9021 IM 7475 1М 7475

ВССП ССП ССП

0,97 0.97 0,86

50 10-3 3,3 10-5

0,5 12,3 10,0

2,3 10-3 1,2-10-4 1,4-10-4

1,2-10 5,3-10 5,0- Ю

4,3 -10-3 1,3-10-2 2,2-10-

1,3-10-3 1,3-10-3 1,7-10-3

3,3 10,0 130,0

Отношение т, /т1 , показывает, что состояние границ зерен ВССП материалов значительно ближе к состоянию жидкого расплава, чем состояние границ зерен ССП материалов по причине меньшего размера зерен L, приводящего к увеличению а также в связи с более высокой температурой ВССП. Это сопоставление дает дополнительный довод в пользу существования жидкой фазы на границах зерен ВССП материалов, которая позволяет объяснить их способность к большим деформациям при растяжении с большими скоростями деформации.

Структурная сверхпластичностъ керамических материалов

Сверхпластичную керамику (СПК) можно определить как поликристаллический керамический материал со стабильным субмикронным зерном, проявляющий сверхпластичность при определенных температурно-скоростных условиях деформации в течение технически приемлемого времени [36, 37]. Можно вьщелить два основных типа сверхпластичной керамики - однофазные материалы и композиты.

Принципиальное различие в сверхпластической деформации (СПД) металлов и керамики связано с их структурными характеристиками. Размер структурных составляющих, необходимых для проявления эффекта сверхпластичности в керамике, составляет 0,1...1мкм, что в десять раз меньше, чем у большинства ССП материалов [36]. Получение керамических заготовок для последующей СПД с таким размером зерна осу-

ig--

Рис. 5.35. Кривые сверхпластичности а(4) и зависимость от() для ССП (а) и СПК (б)

ществляется из нанокристаллических порошков способами высокотемпературной консолидации.

Зависимость напряжения течения о от скорости деформации в двойных логарифмических координатах для сверхпластичных керамических материалов имеет линейный вид в достаточно широком интервале скоростей деформации (рис. 5.35). Однако существовавшие утверждения о том, что на кривой сверхпластичности керамики есть только одна линейная область, следует признать несостоятельными. Экспериментально показано [37] существование трех скоростных областей на кривой сверхпластичности керамических материалов, характеризующихся разными значениями показателя скоростной чувствительности т: на 1-м низкоскоростном интервале ( < 10 с~) значения показателя т = 0,33; на 2-м интервале СПД (10 ...10 с ) показатель m = 0,33...0,5; на 3-м высокоскоростном интервале показатель т I. (Для металлических материалов показатель т на этом интервале уменьшается до 0,2...0,3). При этом показатели пластичности керамики в 3-й области скоростей деформации резко снижаются. Существование трех скоростных областей на кривой сверхпластичности керамики объяснено сменой механизмов деформации, контролирующих скорость сверхпластического течения.

В табл. 5.10 представлены количественные характеристики высокотемпературной деформации некоторых типов сверхпластичной керамики -

Таблица 5.10. Основные показатели сверхпластической деформации керамики с субмикронной структурой при растяжении

Материал

Т, К

L, мкм

8шах- %

3Y-TZP

1723

4,8-10-5

3Y-TZP

1823

8,3-10-5

(Y-TZP)-5%Si02

1673

0,26

1-10

1038

Са,о(Р04)б(ОН)2

1323

0,64

1,4-10

ВОВ (< 1 мкм) повышают вероятность появления жидкой фазы по границам зерен. Простые расчеты позволяют получить количественную оценку этих зависимостей путем сравнения значений сдвиговой вязкости материала границ зерен г\ф, полученных из экспериментальных данных путем пересчета их по формулам (5.8) и (5.9) со значениями сдвиговой вязкости расплава при соответствующих температурах деформации (табл. 5.9).

Таблица 5.9. Сравнение значений вязкости ВССП и ССП алюминиевых сплавов



тетрагонального диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (Y-TZP), и гидроксиапатита кальция (CajQ(P04)5(OH)2), относящегося к классу биокерамик и являющегося химическим аналогом кости человека.

Существенное различие имеется в поведении металлов и керамики при разрущении, поскольку максимальное удлинение наблюдается в металлах при промежуточных скоростях деформации, тогда как у керамик максимальное удлинение имеет тенденцию проявляться при самых низких скоростях деформации, достигаемых в эксперименте, что связано с разным характером порообразования. При СПД в керамиках порообразование наиболее сильно проявляется при более высоких скоростях деформации, а в металлах, наоборот, при самых низких.

Сверхпластичность аморфных сплавов (металлических стекол)

Большая группа аморфных сплавов, отличающихся малой критической скоростью аморфизации, образуют особый вид стеклообразующих систем, так называемые металлические стекла. Как известно, эти материалы имеют отличные механические, магнитные и антикоррозионные свойства. Единственным серьезным недостатком этих материалов является их чрезвычайная хрупкость. Однако в переохлажденном жидком состоянии они ведут себя как сверхпластичные материалы. С этой точки зрения металлические стекла, характеризующиеся широким температурным интервалом переохлажденного жидкого состояния, представляют несомненный интерес. Некоторые из таких материалов можно получать в виде объемных аморфных заготовок. В переохлажденном жидком состоянии они показывают очень низкую вязкость и отличную деформируемость, что можно использовать для штамповки изделий сложной формы (см. рис. 5.33). В этом смысле объемные аморфные заготовки можно вполне рассматривать в качестве нового типа конструкционных материалов [37].

Две важные особенности аморфных сплавов необходимо учитывать при оценке их способности к сверхпластической деформации, а именно, способность к стеклообразованию и устойчивость аморфного состояния [37]. Первая из них характеризуется, в основном, критической скоростью охлаждения расплава {dT/dx) и относительной температурой стеклования Trg = g/m ~~ абсолютная температура стеклования; - абсо-

лютная температура плавления. Устойчивость аморфного состояния мож-

НО успешно оценить с помощью критерия (Т - Т)/{Т - Т, где f - абсолютная температура кристаллизации [37]. Последние разработки позволили создать металлические стекла с высокой способностью к стеклообразованию, широким температурным диапазоном переохлажденного жидкого состояния (Г - Т) и высокой устойчивостью аморфного состояния. Эти параметры металлических стекол в отдельных случаях достигают значений, характерных для обычных неметаллических стекол (табл. 5.11).

Металлические стекла при температурах выше температуры стеклования Т находятся в переохлажденном жидком состоянии, которое является внутренне равновесным, но метастабильным по отношению к процессу кристаллизации. В этом состоянии они демонстрируют линейно-вязкое течение {т= 1,0) в широком интервале скоростей деформации. Это приводит к чрезвычайно высокой деформационной способности таких материалов. Удлинение порядка 20 ООО % бьшо получено при растяжении образцов из аморфного сплава LajjAljsNijg при 473 К с очень высокой скоростью деформации 5 10 с (см. рис. 5.32) [37]. При температурах ниже металлическое стекло представляет собой метастабильный неравновесный материал. В процессе нагрева металлическое стекло релаксиру-ет в направлении конфигурации с более низкой энергией. Вблизи температуры Т оно резко размягчается, его вязкость уменьшается на несколько порядков в очень узком интервале температур. Последующий нагрев приводит к кристаллизации, вызывающей увеличение вязкости пропорционально объемной доле твердых (кристаллических) частиц. Та-

Таблица 5.11. Характеристики объемных аморфных материалов (металлических стекол) в сравнении с некоторыми неметаллическими стеклами

Сплав

Т., К

(Ti-T-p,

Zr4,Ti4Cu,2.5NiioBe22.5

0,67

0,87

<2,0

Pd4oNi4oP2o

0,61

0,50

170,0

ZrjCuijNiioAlio

-990

-747

-0,66

0,43

-1,5

La55Al25Ni2o

-750

-0,62

0,39

100,0

Флюорвдные стекла:

Ga 1

0,69

1,07

<1,0

Ga 2

0,70

1,23

<1,0

In 2

0,65

0,84

<1,0



1,0 0,9 0,8


Рис. 5.36. Схематическая диаграмма температурной зависимости сдвиговой вязкости металлического стекла в процессе его нагрева:

7 - равновесная вязкость; 2 - изоконфигурационная вязкость; 3 - релаксация неравновесной конфигурации

КИМ образом, на кривой ц{\/Т) образуется ярко выраженный минимум вязкости при некоторой температуре Т в пределах температурного интервала, соответствующего переохлажденному жидкому состоянию. Этот минимум соответствует наступлению устойчивого линейно-вязкого течения материала (рис. 5.36).

Сверхпластичность при фазовых превращениях (ФПСП)

В настоящее время хорошо известно, что материалы, претерпевающие фазовое превращение полиморфного или эвтектоидного типа при термоциклировании в процессе деформации, также показывают при определенных условиях линейно-вязкое (ньютоновское) течение {т = 1,0). Анализ реологического поведения подшипниковой стали ШХ15 (Fe-l%C-l,5%Cr), которая проявляет ФПСП в процессе ау-превра-щения, позволил установить, что показатель скоростного упрочнения т изменяется в процессе фазового превращения приблизительно пропорционально скорости фазового превращения [37] (рис. 5.37). Материал начинает деформироваться как не сверхпластичный {т == 0,2), затем, в середине фазового превращения, он показывает линейно-вязкое течение (/и = 1,0) и, наконец, когда фазовое превращение заканчивается, он воз-

100 80

А, % 60 40


0

а; 5-

4 -


20 40

60 80 100

А, %

1,5 1,7

1,9 2,1 2,3 2,5 х10, с

Рис. 5.37. Изменение показателя скоростного упрочнения т и скорости фазового превращения dA/dx-\(P-, с , в процессе 7а-превращения (А, %) в подшипниковой стали ШХ15

Рис. 5.38. Зависимость сдвиговой вязкости стали ШХ15 от скорости деформации в процессе 7а-превращения

вращается в не сверхпластичное состояние {т = 0,2). Эффективная сдвиговая вязкость = а/З изменяется в процессе фазового превращения в соответствии с уравнением (5.4) (рис. 5.38). Испытания с постоянной скоростью растяжения обеспечивают снижение скорости деформации с увеличением длины образца. При этом, если т= 1,0, величина становится независимой от скорости деформации. При т < 1 величина уменьшается с увеличением скорости деформации (рис. 5.38).

Такое поведение материалов можно объяснить тем, что в процессе фазового превращения на границе а/у-перехода может кратковременно возникать вязко-жидкая структура. По мере развития превращения поверхность его фронта мигрирует; при этом зона, подвергающаяся сверхпластической деформации, расширяется за счет накопления деформации в зонах, где превращение уже прошло. Природу этой вязко-жидкой структуры можно объяснить, по-видимому, поведением коллектива атомов на границе а/у- перехода, меняющих свою кристаллографическую позицию и теряющими в этот момент связи со своими соседями.

Процесс ФПСП можно разделить на три стадии. Начальная стадия, характеризующаяся образованием зародышей новых зерен по границам зерен и тройным точкам старой фазы, а также заключительная фаза, когда происходит обычная деформация поликристаллического материала, образованного новой фазой, не имеют отношения к сверхпластичес-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [ 70 ] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка