Дисперсного материала

Таким образом, дисперсное упрочнение по сравнению е другими механизмами упрочнения оказывается наиболее термически стабильным и наблюдается в некоторых случаях [220—222] вплоть до температуры 0,8ГПл. Это явление в первом приближении можно объяснить различием в уровне диффузионных потоков, необходимых для релаксации тех или иных препятствий.

172. Дисперсное упрочнение ниобия нитридом циркония / О. И. Баньковский,

В настоящее время известны способы сохранения высокотемпературной прочности и сопротивления ползучести. К таким способам относятся дисперсное упрочнение металлической матрицы тугоплавкими кислородными и бескислородными дисперсными частицами [52]. Сравнительно недавно созданы вольфрамовые сплавы W—Hf—С и W—Hf—Re—С для получения волокон (проволоки) для армирования никелевых матриц [95]. Упрочняющей фазой в волокнах из вольфрамового сплава является карбид гафния. Подобное упрочнение дисперсными частицами может быть осуществлено и на других металлах.

26 Дисперсное упрочнение 103,

Легирующие элементы Mo, W, V, Сг замедляют процесс коагуляции, поэтому после отпуска при одинаковой температуре сталь, легированная этими элементами, сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, соответственно большую прочность. При указанных высоких температурах становится возможной диффузия и легирующих элементов, которая приводит к их перераспределению между ферритом и цементитом. Карбидообразую-щие элементы (Mo, W, Сг) диффундируют из феррита в цементит, некарбидообразующие (Ni, Co, Si) — из цементита в феррит. Обогащение цементита легирующими элементами до предела на-сшцения приводит к его превращению в специальный карбид (М3зСе, М7С3), который образуется в тех самых местах, где ранее были частицы цементита (превращение «на месте»). Карбиды типа МС и М2С образуются путем зарождения карбида в твердом растворе с последующим выделением. Это требует перераспределения углерода между твердым раствором и карбидной фазой. Выделение из твердого раствора карбидов МС, М2С нередко вызывает повышение твердости — дисперсное упрочнение.

обладают более высокой твердостью, чем углеродистые, что связано с замедлением процесса распада мартенсита, образования и коагуляции карбидов. В сталях, содержащих большое количество таких элементов, как хром, вольфрам или молибден, в результате отпуска при высоких температурах (500—600 °С) наблюдается даже повышение твердости, связанное с выделением в мартенсите частиц специальных карбидов, повышающих сопротивление пластической деформации (дисперсное упрочнение).

имеют весьма существенный недостаток, ограничивающий их применение в промышленности, - низкотемпературную хрупкость, особенно в рекристаллизованном состоянии. Повышенная хрупкость обусловлена наличием в металле примесей внедрения (азот, углерод, кислород, водород и др.). Дисперсное упрочнение способствует повышению жаропрочности, длительной прочности и снижению температуры вязко-хрупкого перехода хрома за счет рафинирующего действия на матрицу дисперсных частиц и более полной релаксации напряжений под нагрузкой. Эффективными упрочнителями являются тугоплавкие оксиды, поскольку растворимость кислорода в хроме очень мала. Преимущественно используют оксиды магния и тория. Оксид магния взаимодействует с оксидом хрома с образованием шпинели MgCr2C>4, активно поглощает азот, удаляя эти примеси из хромовой матрицы. Кроме того, для упрочнения хрома используют оксиды ZrO2, HfO2, La3O2, а также нитриды, карбиды, бориды титана, циркония, тантала и других тугоплавких металлов. При введении оксидов в хром достигается не столько повышение жаропрочности, сколько снижение порога хладноломкости. При легировании хрома активными нитридо-, карбидо и борообразователями (Ti, Та, Nb, Zr и др.) происходит выделение дисперсных частиц тугоплавких соединений. При этом существенно снижается сегрегация примесей внедрения на границах зерен.

Вольфрам представляет большой интерес для техники, как основа конструкционных материалов, работающих при температурах выше 2273К. Дисперсное упрочнение может быть осуществлено карбидами, нитридами и оксидами. Присутствие дисперсных частиц стабилизирует структуру, повышает температуру начала рекристаллизации вольфрама и обеспечивает высокие механические свойства. Наиболее эффективно повышают прочностные свойства вольфрама дисперсные карбиды. Упрочнение карбидами применяют в сочетании с твердорастворным упрочнением за счет легирования рением, ниобием, танталом, молибденом.

Сплав TZM рассчитан на твердорастворное упрочнение небольшими количествами циркония, титана и углерода, дисперсное упрочнение выделениями сложных Mo—Ti—Zr карбидов и на деформационное упрочнение (наклеп). Предел прочности сплава TZM вплоть до 1400 °С значительно выше, чем у других промышленных сплавов на основе молибдена; по своей удельной прочности он очень неплохо выглядит среди других тугоплавких металлов (рис. 19.7) [35]. * Сплав можно изготавливать методами вакуумной электродуговой плавки или порошковой металлургии.

Сплавы В-88 и С-1 принадлежат к числу наиболее прочных ниобиевых сплавов (рис. 19.7). Твердорастворное упрочнение сплава С-103 (см. табл. 19.5), очевидно, в сильной степени зависит от содержания гафния, а дисперсное упрочнение - от содержания комплексных карбидов типа МеС. По-. крытие у него "на собственный манер", но оно работает. Таким образом, система сплава С-103 с покрытием — первая, положившая начало применению тугоплавких металлов в авиационных двигателях. Этот сплав применяют и в двигателях ракет, когда требуется умеренная прочность в диапазоне .1093-1370 °С.

Рис.1.9. Хронология изменения длительной прочности бююо при 875 °С и длительной пластичности при температурах от 550 до 925 °С суперсплавов. Рисунок иллюстрирует результат внимательного отношения к исследованию разрушения суперсплавов [7]. Перечислены различные факторы, явления, процессы, технологические методы и- характеристики, ставшие предметом исследования (БК — быстрая кристаллизация; ПР — плазменное распыление; НК — направленная кристаллизация; МС — монокристаллическое состояние; ГИП — горячее изостати-ческое прессование; ДУ — дисперсное упрочнение оксидными частицами; ПМ — порошковая металлургия)

Из физических соображений следует, что значение hv зависит от величины и микроструктуры внутрипоровой поверхности, скорости и теп-лофизических свойств теплоносителя и не должно зависеть от длины проницаемого каркаса, поскольку микроструктура однофазного потока стабилизируется на расстоянии нескольких диаметров пор от входа в него. В свою очередь, микроструктура перового пространства зависит от пористости и характера исходного дисперсного материала — порошка, волокна, сетки и т. д.

Прокаливание оболочковых форм. Эта заключительная операция необходима для полного удаления и возгонки из форм остатков модельного состава, испарения остатков гигроскопической влаги и продуктов неполного гидролиза связующего, а также спекания связующего и огнеупорного дисперсного материала. В процессе прокаливания создается монолитная огнеупорная керамическая стенка и в стенке оболочковой формы образуются микропоры и микротрещины, благодаря чему возрастает газопроницаемость оболочки.

Рассмотрено [102, 126] влияние состава электролитов •и условий электролиза на свойства покрытий Ni—MoS2. В исследованных четырех электролитах с низким рН образование КЭП, содержащего 4—12 MoS2, происходит лишь при малых плотностях тока (0,8—2 кА/м2), причем изменение тока по-разному влияет на содержание включений в зависимости от состава электролита. При рН<2,0 содержание включений меньше !%• При содержании MoSg в электролите, в состав которого входит аминоуксусная кислота (60 кг/м3), количество включений достигало 14%. С целью улучшения качества покрытий в начале процесса в течение 10—15 мин электролиз проводили без перемешивания и при низких плотностях тока. Для более полного использования дисперсного материала применяли ванны с наклонным днищем. " п

Большей точности эмпирических формул добиться невозможно. Кривые зависимости oc(w) для труб горизонтального пучка практически совпадают друг с другом до степени загромождения слоя трубами о = 0,3, что соответствует относительным шагам около 1,6. При меньших значениях относительного шага максимум на зависимости ос (w) становится более резким, а «макс уменьшается из-за торможения частиц трубами пучка и вытеснения дисперсного материала в пространство над трубным пучком (снижения концентрации материала в пучке). Однако применение столь тесных пучков в промышленных установках проблематично из-за опасности образования застойных зон, слипания и слеживания материала.

Горючие газы из камеры сгорания 1, подхватывая частицы дисперсного материала, поступающие по течкам 2 из бункеров 3, образуют две направленные встречно струи газовзвеси. После столкновения струи сливаются и выходят через патрубок 4. Однако каждая твердая частица не сразу попадает в патрубок 4, так как по инерции она проскакивает из правой ветви горизонтальной разгонной трубы 5 в левую и обратно, совершая, таким образом, сложное пульсационное движение.

цессами теплообмена излучением в дисперсных системах. Требования к подобному управлению разнообразны. Притом практически приходится решать поодиночке или одновременно не одну, а несколько различных задач теплообмена излучением, как, например, нагрев дисперсного материала от излучающей поверхности, лучистый теплообмен частиц и пламени от сжигания в слое жидкого или газообразного топлива, нагрев тел (поверхностей), погруженных в слой дисперсного материала, излучением последнего и (или) «пропущенным» слоем излучением от ограничивающих его высокотемпературных поверхностей.

Как проиллюстрировано в [Л. 1], излучательная способность даже изотермического слоя дисперсного материала должна изменяться в зависимости от толщины слоя немонотонно, достигая своего максимума при некоторой оптической толщине, после чего часть излучения как бы «запирается».

где Лэфф, Яо, Л,г, Хм—соответственно коэффициенты суммарной эффективной теплопроводности, эффективной теплопроводности в вакууме, теплопроводностей таза и материала частиц—все при заданной температуре; Ак — относительно небольшой (0,060 вт/(м-град) для слоев чугунных шариков я 0,015 для шлаковых слоев) коэффициент контактной теплопроводности через «пятна контакта» смежных частиц; часто \к можно пренебречь; е, т, Т, d — соответственно эффективная степень черноты, порозность, абсолютная температура и диаметр частиц слоя; р и рт — соответственно плотности дисперсного материала и вещества твердой фазы; I — средняя длина свободного пробега молекулы газа при заданном давлении; а — постоянная Стефана — Больцмана, вт/(м2 • °К4).

129. Д у л с к и и В. Д., Исследование теплообмена между поверхностью и слоем перемешиваемого дисперсного материала, сб. «Тепло-и массапереное», т. 5, изд-во «Энергия», 1966.

130. Дунек и и В. Д., Тамарин А. И., О теплопроводности засыпки дисперсного материала в вакууме, сб. «Тепло- и массообмен в дисперсных системах», изд-во «Наука и техника», Минск, 1965.

210. Львов Д. П., Афонин В. А., Исследование теплоперено-са от обогреваемого трубного пучка к движущемуся слою дисперсного материала с применением вибрации, сб. «Тепло- и массоперенос», т. 5, изд-во «Наука и техника», Минск, 1968.