Реферати українською » Физика » Спрямована кристалізація системи Mo-Zr-C


Реферат Спрямована кристалізація системи Mo-Zr-C

Страница 1 из 2 | Следующая страница

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Харківський національний університет імені У. М. Каразіна

Фізико-технічний факультет

>ВЫПУСКНАЯ РОБОТАБАКАЛАВРАПРИКЛАДНОЙ ФІЗИКИ

Спрямована кристалізація системиMo-Zr-C

Харків 2010


>АННОТАЦИЯ

>Изучена кінетика формування високодисперсних жароміцних структури молібденових сплавах з карбідними фазами, які виникають у процесі спрямованої кристалізації. Показано вплив високого статичного градієнта формування регулярноїпространственно-упорядоченной структури природногомикрокомпозита. Обговорюється вплив цих процесів на експлуатаційні характеристики жароміцних матеріалів.

молібден сплав кристалізація

>АНОТАЦІЯ

>Вивченокінетикуформуваннявисокодисперсійнихжароміцних структур умолібденових сплавах ізкарбідними фазами,створених упроцесінаправленоїкристалізації. Показановпливвисокого статичногоградієнту наформуваннярегулярноїпросторо-упорядкованоїструктури природногомікро композита.Обговорюєтьсявпливцихпроцесів наексплуатаційні характеристикижароміцнихматеріалів.

>ABSTRACT

>Itisstudiedformationsheatresistingstructures inrefractoryalloyswithcarbon thephases,formed in thecourse of thedirectedcrystallisation.Influence of a highstaticgradient onformation of theregularspatially-orderedstructure of anaturalmicrocompositeisshown.Influence oftheseprocesses onoperationalcharacteristics ofheatresistingmaterialsisdiscussed.


1. ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Підвищенняжаропрочности сплавів з урахуванням тугоплавких металів, здобуту у останні роки, практично цілком пов'язані з використанням зміцнення внаслідок запровадження дисперсних фаз впровадження (карбідів,нитридов і окислів металівIVA іVA груп) у кількості, визначеному технологічністю і ефективністю одержуванихгетерофазних структур. Відмінною рисою таких сплавів є високатермодинамическая стійкість фаз впровадження, температури плавлення яких набагато перевищують температури плавлення металевого компонента.Добавки в молібден металівIVA групи утворюють в сплавахкарбидиМеС, які відіграють рольупрочнителей.

Підвищення експлуатаційних характеристик виробів із жароміцних сплавів, обумовлене їх структурою, необхідне елементів конструкцій ядерних реакторів, аерокосмічній техніки, високотемпературногоштампового устаткування йизносостойких покриттів.

Серед тугоплавких металів і сплавів з їхньої основі найбільше застосування має молібден.Прочностние характеристики молібденових сплавів забезпечують можливість їх застосування щодо різноманітних виробів (листових конструкцій, накладок, термодатчиків, пристроїв тощо. п.) [3,4]. Ці варіанти використання молібденових сплавів передбачають, насамперед, досить хорошу спроможність до механічної обробці та підвищений рівеньжаропрочности.

Для збільшення жароміцних характеристик молібденових сплавів досить ефективним є принцип створеннягетерофазной структури металу шляхом спільного легування досить великою кількістю вуглецю ікарбидообразующими елементами (>Zr,Hf,Ti) [2,6,8].

>Микроструктура сплавів визначає їх фізичні властивості, проте кінетика формування оптимальної структури зливкаобразующейся у різних умовах термічної обробки вивчена недостатньо.

Однією з основних напрямів з розробкивисокопластичних і технологічних сплавів з урахуванням молібдену є максимальна очищення молібдену від домішок впровадження за одночасноголегированииелементами-упрочнителями твердого розчину.

Виключне морфологічне розмаїтістькарбиднихевтектик - важливою структурної складової більшості жароміцних матеріалів, покриттів з їхньої основі, їх складна архітектоніка, є причиною виникнення багатьох, часто суперечливих схем виникнення у яких регулярних структур [1,9]. Умови композитній технології з особливою настійністю вимагають вирішення завдань про форми сполученого зростання фаз. До нашого часу ніхто не почув надійних експериментальних даних, котрі демонструютьмикрокартину такий кристалізації, коли він друга фазаевтектики яксфероидов чи інших компактних частинок виникає й унаслідок множинного повторення актів зародження на фронті чи перед фронтом кристалізації матричної фази. Теоретично це можна пояснити з огляду на те факту, будь-яка тонко диференційована, тобто. типовоевтектическая структура, має регулярне чи нерегулярне будова, виникає у ході зростаннябикристаллическихевтектических колоній [10]. При температурах вище 1800…2000 До тугоплавкікарбиди стабільніше окислів інитридов, зумовлюють ефективність карбідного високотемпературного зміцнення. Важливим чинником, визначальним властивості високоміцних матеріалів нарівні зі будовою, є об'ємна частка зміцнюючих фаз, що у системахметалл-фаза впровадження зростає у послідовності: окисли,нитриди,карбиди,бориди.

>Сплави з урахуванням тугоплавких металів використовують як високотемпературних конструкційних матеріалів, однак через неоднорідності розподілу фазових складових мікро- імакроморфологии, температура експлуатації обмежена переважно до 0,7Тпл через інтенсивно що протікаютьдиффузионних процесів. Тому зрозуміла актуальність проблеми створення високотемпературних матеріалів які мають вищої структурної стабільністю, ніж відомі традиційні сплави.


2. ЛІТЕРАТУРНИЙОБЗОР

Першим спробував використання молібдену в металургії стали ставляться наприкінці минулого століття. Промислового виробництва молібдену почалося 1909-1910 рр., коли знайшли особливі властивості гарматних і броньових сталей, легованих цим металом, і навіть розробили технологія отримання компактних тугоплавких металів методом порошкової металургії.

2.1 Фізичні і механічні властивості молібдену та її сплавів

>Молибден, як і вольфрам, в періодичної системі елементів Д. І. Менделєєва лежить у VI групі, але у 5-му періоді. Найбільш притаманно ньогошестивалентное стан, хоча відомі сполуки, у яких молібден має інші валентності. Його порядковий номер 42; атомна маса 95,95; щільність при кімнатної температурі 10200кг/м3.Молибден належить до тугоплавким металам, є перехідним елементом. Він плавиться при 2620±10° З повагою та кипить приблизно при 4800 °З.Молибден та її сплави відрізняються також високим модулем пружності, малим температурним коефіцієнтом розширення, хорошоютермостойкостью, малим перерізом захоплення теплових нейтронів.Электропроводность молібдену нижче, ніж в міді, але вище, ніж в заліза. По механічної міцності, він кілька поступається вольфрамові, але легше піддається обробці тиском. Велике зацікавлення авіаційної, космічної та атомної техніки домолибдену та її сплавів пояснюється вдалим поєднанням фізико-хімічних і механічних властивостей: хорошажаропрочность, високий модуль пружності, малий коефіцієнт теплового розширення, задовільнатермостойкость, хороша електропровідність при майже вдвічі більше меншою щільності проти вольфрам.Молибден більш технологічний, ніж W іСг. Можливість використання сплавів Мо більшою мірою визначається її низькотемпературної пластичністю іобрабативаемостью.

При змісті домішок азоту, водню, кисню < 0,0001 % і 0,0012 % вуглецю після електронно-променевої зонної очищення температурахладноломкости дорівнює — 270 °З. Негативний вплив кисню можна істотно знизити запровадженням активних до кисню елементів (З, У,Al,Ce,Ti,Zr іРЗМ), що єраскисляющими присадками,связивающими кисень в тугоплавкі оксиди. У присутностіРЗМ змінюється розчинність кисню в Мо, утворюються леткі оксиди,удаляемие з рідкої ванни. З вуглецем Мо утворюєкарбидиМо2С іМоС, концентрація карбідів на межі зерен сприяє значною мірою проявухладноломкости.ЛегированиеRe, Fe, Co,Ni, збільшує розчинність З в Мо, зменшуючи схильність дохладноломкости.

>Карбидообразующие елементи, створюючи дисперсні, термодинамічно стабільнікарбиди (>TiC,ZrC), знижують температурухладноломкости і збільшують низькотемпературну пластичність.

З воднем і азотом Мо утворює несталінитриди ігидриди.

Одночасне підвищення міці й низькотемпературної пластичності вмолибдене та її сплавах спостерігається прилегировании ренієм — так званий «>рениевий ефект».

>Жаропрочность молібденових сплавів залежить від рівня легування, характеру взаємодії легуючих елементів із головною металом і технології їх отримання.

А роботи з створенню молібденових сплавів спрямовані отримання сплавів з вищими значеннями температури рекристалізації і зниженими значеннями температурхладноломкости. Вимога достатньої технологічної пластичності обмежує межі легування Мо. Як легуючих елементів використовуютьZr,Ti,Hf,Nb, W, що утворюють з молібденом тверді розчини заміщення іупрочняют його.Re, на відміну інших легуючих елементів, навіть у багато до 50 % збільшує характеристики пластичності. Запровадження W до 30 % незначно знижує технологічну пластичність. Властивості пресованих виробів із молібденових сплавів можна поліпшити, використовуючигидроекструзию. Так, при ступеня деформації рівної 80 %, межа міцності зросла з 800МПа для вихідногогорячепрессованного молібдену до 1250МПа післягидроекструзии з одночасним збільшенням у своїй ударної в'язкості.

Більше високий рівеньжаропрочности маютьгетерофазние, термічноупрочняемиесложнолегированниемолибденовие сплави, але де вони менш пластичні. У ті сплави запроваджені вуглець ікарбидообразующие добавкиTi,Zr, Та,Hf та інших.ОбразующиесявисокодисперсниекарбидиTiC,ZrC,HfC сприяють поліпшенню міці йжаропрочности сплавів. Останніми роками цікавівисоколегированние сплави з W,Nb іRe. Істотне підвищення тривалої міцності завдяки підвищенню температури плавлення і уповільненнядиффузионних процесів спостерігається за високого змісті W.

Здисперсно-упрочненних сплавів передбачається виготовляти носові обтічники, рулюй, теплозахисні екрани. Вольфрам і сплави його основі

>Молибден та її сплави застосовують у носовихконусах і соплах ракет, вставках критичного перерізу (>спеченний молібден), передніх крайках крила,обшивках конструкцій космічних літальних апаратів,радиоантеннах, підшипниках ковзання до роботи на розплавлених металах, оболонках ТВЕЛів, трубках теплообмінних апаратів.


3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТИНА

3.1 Постановка завдання

>Сплави з урахуванням тугоплавких металів використовують як високотемпературних конструкційних матеріалів, однак через неоднорідності розподілу фазових складових мікро- імакроморфологии, температура експлуатації обмежена переважно до 0,7Тпл через інтенсивно що відбуваютьсядиффузионних процесів. Тому зрозуміла актуальність проблеми створення високотемпературних матеріалів які мають вищої структурної стабільністю ніж відомі традиційні сплави (мал.1)

          

Мал.1.Неоднородное розподіл фазових складових  

У цьому роботі розглядається можливість створення жароміцних структури сплавах з урахуванням молібдену з карбідними фазами формованих у процесі спрямованої кристалізаціїквазиевтектического сплавуMo-Zr-C (мал.2). Дані сплави використовують переважно як жароміцні матеріали з контрольованій структурою і розподілом фазових складових.

Рис.2. Подвійна діаграма стану системиMo-ZrC

У цьому роботі досліджені сплави молібдену:Mo – 86,1 мас. %,Zr – 12,4 мас. %, З – 1,8 мас. % (зміст кисню, водню й азоту становила 0,0027…0,0028 мас. %).

Розчинність вуглецю вмолибдене приевтектической температурі (~2500 До) становить 0,2ат. % (0,02 мас. %). У той самий час розчинність вуглецю вмолибдене при кімнатної температурі практично немає (~10-4ат. %) [7, 8].Углерод, елемент впровадження, розчиняючись в помітних кількостях, зумовлює підвищення твердості і тендітностіметалла-основи. Під час вивчення розпаду твердого розчину з урахуванням молібдену у системіMo-Zr-C треба враховувати, що розчинність вуглецю вмолибдене при добавку цирконію (гафнію, титану) істотно підвищується (рис.3). Таке збільшення розчинності вуглецю, мабуть, пов'язані з збільшенням розмірівмеждоузлий при розчинності цирконію, який має більший, ніж в молібдену атомний радіус і утворить з нею твердий розчин заміщення [5]. При досягненні певних концентрацій (див. рис.3) цих металів починає превалювати інший чинник, пов'язаний із прагненням до утворення карбідів металів.

>Рис.3. Залежність розчинності вуглецю вмолибдене залежно від змісту цирконію

3.2 Проведення експерименту

Розпадпересищенного твердого розчину, освіченого після гарту, призводить до утворення карбідів, мають значно більша (на 1,5…2 про.%) атомний обсяг протимолибденовой матрицею, і, збільшення напруг у зливку сплаву. У цілому нині, введення у молібден добавок вуглецю і цирконію призводить до різкій інтенсифікації процесів розпаду твердого розчину і додисперсионномутвердению.

Щоб сформувати спрямованих структур підтримувався високий статичний градієнт температури G (450…600К/см) протягом усього процесу кристалізації. У цьому провіднакарбидная фаза (>ZrC) мала перевагу швидкістю зростання, а зростання відгалужень на базовому кристалі ставав орієнтованим. Визначено, що коли підвищенняG за українсько-словацьким кордоном розділу кристал – рідина при заданої R звужує зону концентраційного переохолодження, забезпечуючи малу зону затвердіння і усуваєненаправленное галуження (рис.4). Це цілком узгоджується з критерієм спрямованого структуроутворення , деT – переохолодження, D – коефіцієнт дифузії домішок.

>Рис.4.Ветвление базового кристала.Ув. 650


>Рис.5. Принципова схема установки

>1.Исходний кристалічний зразок ЕК; 2.Эмиттер електронів; 3.Фокусирующий електрод; 4. Електронний пучок; 5.Расплавленная зона;

6.Закристаллизованний зразок ЕК; 7. Холодильник;

8.Затравка; 9. Утримувач; 10.V3 - собі напрямок руху розплавленою зони; 11.Vx - собі напрямок руху холодильника.

Експериментально виявлено дистанціялидирования методомдеконтацииdZrC ~ 10...15мкм (при швидкостях кристалізації R ~ 14...50 · 10-6 м/с, що від, ніж й інших систем) (див. мал.6). За данимизакалочно-микроструктурного аналізу, величинаd за умов НК залишається незмінною з початку формуванняевтектического зерна до завершення стадії зростання, що вирізняло кооперативного зростання.Энтропия плавлення фаз у системіMo-ZrC різний , . Усе це приводить до формування регулярної,пространственно-упорядоченной структурі природногомикрокомпозита.

Зразки з регулярної структурою отримані методомвисокоградиентной зонної перекристалізації (див. мал.5) [9].

>Рис.6. Фронт кристалізації і дистанціялидирования

Особливістю методу електронно-променевої зонної перекристалізації є можливість створення високого статичного градієнта температури протягом усього процесу кристалізації. Необхідною умовою створення таких структур є створення плоского фронту кристалізації, умовою створення якого є ,

Плоський ФК – визначальний освіту «правильної» регулярної структури відбиває те що, що енергія поверхні розділу двох і більше фаз менше енергії поверхні розділу кожної з фаз з рідиною. Такий мінімум поверхневою енергії зумовлює найкраще орієнтаційне відповідність двох подвійних фаз і високі термічну стабільність структури до 0,9Тпл.

При спрямованої кристалізації забезпечуєтьсяполукогерентная зв'язок між фазами. Спостерігається таке співвідношення:

НР | | <110>ZrC | | <110>Mo і поверхню розділу ПР | | [110]ZrC | | [110]Mo

3.3 Результати експериментальних досліджень, і обговорення

Дисперсність мікроструктури підпорядковувалася закономірності =А·R-n (R = (14...50)·10-6 м/с, n = 0,4).Металлографические дослідження, зокремастереомикроскопический аналіз, проводили на мікроскопіМИМ-8М.Рентгеноструктурний аналіз (>ДРОН-4М) проводили удвічі етапу: ідентифікація зразків (якісний аналіз) й визначення відносного змісту фази (кількісний аналіз). Застосування методу відображення променів, що дозволяє охопити велику площа досліджуваного зразка проти застосовуваними у цій роботі методамиПЭМ (електронної дифракціїУЭМВ-100 До), дає більший розкид даних, наприклад орієнтацій, викликаних наявністюсубграниц тощо. Тож у деяких випадках використовували комплексні методи аналізу.

Визначено, що сплавMo-ZrC єограненно-неограненнуюевтектическую систему. Зародженняевтектического зерна ініціюється лише одним базової фазою впровадження яка характеризується складноїкристаллогеометрией, високоїSпл і великий схильністю до утворенняплоскогранних форм зростання (плоскі дендрити) (див. мал.7). Надалі з зародка виростає кристалик фази впровадження.ZrC маєгексаедрический габітус.

>Рис.7. Механізм зростання пластинчастимевтектики та шляхи дифузії компонента Проте й У

Простір між відростками зародкапересищается другим компонентом (>Mо) (див. мал.8).


>Рис.8.Ветвление базового кристала

Стає можливим зародження металевої фази з відповідногомикроконтакта, потім кооперативного (>complete) зростання обох фаз, тобто. відбувається зростаннябикристаллического композита. Слід зазначити, у разі НК базова фаза впровадження виникає лише початкові моменти часу й надалі зростає перпендикулярно ФК.Контролирующими чинниками підтримки плоского ФК є R і G.ОтросткиZrC першими вростають в рідина. Йогокристаллогеометрия визначає структуру зерна,секторальное будову та морфологічні особливості.

Досліджувався вплив двох параметрів на структурне формування: градієнт температур (G) і швидкість кристалізації (R). При малих R спостерігається упорядкованапластинчатая структура, на великих R – стрижнева (див. мал.9).

>Рис. 9.Пластинчато-стержневая структураMo-ZrC


4. ВИСНОВКИ

1. Показано, у разівисокоградиентной зонної кристалізації тугоплавкихквазиевтектических систем зростаннябимонокристаллической композиції приміром із макроскопічним пласким фронтом. Базова фаза впровадження виникає у початкові моменти часу й надалі зростає перпендикулярно ФК.

2. Визначено, що коли підвищення градієнта температур (G) наганице розділукристалл-жидкость при заданої швидкості кристалізації (R) звужує зону концентраційного переохолодження, забезпечуючи малу зону затвердіння і усуваєненаправленное галуження.

3.Вияснена взаємозв'язокбимонокристаллической структури сплавів, найімовірніших механізмів її огрубіння припредплавильних температурах.

4. Отримані сучаснібимонокристаллические матеріали мають структурної стабільністю до 0,9Тпл, що дозволяє використовувати їх у нових областях науку й техніки.

5. Отримані результати можна використовувати для вибору режимівмеханико-термической обробки жароміцних матеріалів з урахуванням тугоплавких металів, що дозволить істотно розширити нові галузі їх застосування.


5. Список літератури

1. С.А.Фирстов. Проблеми отримання граничного зміцнення в матеріалах //Тр. Міжнародної конференції. ">Сучаснематерiалознавство:матерiали

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Теорія перколяції
    Зміст Запровадження 1. Теорія >перколяции 2. Область застосування теорії >перколяции 2.1 Процеси
  • Реферат на тему: Тепловий розрахунок і ексергетичний аналіз котельного агрегату
    МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ >Уфимский державний нафтової технічний університет
  • Реферат на тему: Топки і топочные устрою
    Топочное пристрій як частину котельного агрегату, покликаного забезпечити спалювання палива,
  • Реферат на тему: Фізика. Механіка
    Південний філія «Кримський >агротехнологический університет» Національного аграрного університету
  • Реферат на тему: Іонна імплантація
    року міністерство освіти Республіки Білорусь у Білоруський державний університет інформатики, і

Навігація