Szilárdságnövelés lehetőségei Jáműanyagok 2017

A metastabilitások fajtái (tágabb értelemben) Szilárdságnövelés A metastabilitások fajtái (tágabb értelemben) A METASTABIL ÁLLAPOT JELLEGE PÉLDÁK TÖBBLET ENERGIA (RTm) TÖBBLET ENERGIA J/mol) 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

Milyen szilárdságnövelő mechanizmusok vannak? 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

A fémek leglágyabb és legkeményebb 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 I. szakasz: rugalmas tartomány után a könnyű csúszás vagy egyszeres csúszás jelensége a domináns. szakasz: meredek, T-től független (csúszásvonalak rövidek, inhomogén deformációs tartományok). szakasz: parabolikus (nem lineáris) tartomány, kevéssé ismert diszlokációmozgási-mechanizmus, kezdete, megjelenése hőmérséklettől függ. A keményedési görbe alakja a kristályszerkezettől nagy mértékben függ!

Szilárdságnövelés – képlékeny alakváltozás

Hall―Petch-összefüggés: Szilárdságnövelés – szemcseméret csökkentése Hall―Petch-összefüggés:

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

az ReH és az Rm közelít egymáshoz, alakváltozó képesség csökken, Szilárdságnövelés – öregedés hatása Az atomi folyamatoktól és/vagy fázisviszonyok változásától függetlenül ötvözeteknél az öregedés jelenti: szilárdság növekszik, az ReH és az Rm közelít egymáshoz, alakváltozó képesség csökken, ütőmunka csökken. → elridegedés

A kiválásos keményedés (nemesítés) két lépcsője: Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés A kiválásos keményedés (nemesítés) két lépcsője: 0. Oldó hevítés és hőntartás: hevítés homogén egyfázisú tartományba, ahol a második fázis beoldódik. 1. Az egyensúlyi oldási viszonyokhoz képest túltelített szilárd oldat létrehozása: - általában gyors hűtéssel (a nagyobb oldhatósággal rendelkező, homogén tartományból). 2. Finom kiválások megjelenése → közelít a rendszer az egyensúlyi oldási és fázisviszonyokhoz. - „mesterséges öregítő” hőkezeléssel: kisebb hőmérsékletű, mint az 1. lépcső, - természetes öregedéssel. T t 0. 1. 2. lágy állapot

Szilárdságnövelés – szilárd oldat Hogyan értelmezhető a szakítódiagram alakja és a felkeményedés mechanizmusa közötti kapcsolat második fázis kiválása esetén? Általános sematikus mechanizmus:

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)

Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés Kiválásos folyamat egyetlen lépésben konkrét példák: Fe-alapú ötvözetekben Ti, Mo, karbidok kiválása lényeg: nagy legyen a hajtóerő! ΔGe: fajtérfogat változásból eredő feszültség energiája Mit kell szabályozni a kiválásos folyamat során? A kiválások mennyiségét, átlagos méretét és távolságát! Milyen eszközökkel? -koncentráció beállítása -hőkezelések hőmérséklete Hőkezelések ideje - ΔGe > 0

Konkrét példa túltelített oldatokból történő kiválási folyamatokra Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés Konkrét példa túltelített oldatokból történő kiválási folyamatokra Kiválásos keményedés - Al –ötvözetekben: itt több lépcsős a kiválási folyamat ! Érdekesség: Az Al-bronzok (a diagram réz oldala) hasonlóan működik, mint az acélok → martenzites jellegű átalakulás, gyors hűtés után keménységnövekedés.

Kiválásos folyamat mechanizmusa több lépcsőben 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

A kiválási folyamatok értelmezése Szilárdságnövelés – kiválásos keményedés A kiválási folyamatok értelmezése Az összetételtől is függ a folyamat végeredménye

Al(Cu)” nemesítési” folyamatai 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!