|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Сверхпластичность структурная |
 | |
Анимация
Описание
Под действием относительно небольших растягивающих напряжений порядка 1-10 МПа некоторые металлы проявляют способность растягиваться с очень большим относительным удлинением d - от 100 до 1000%. Данный эффект, получивший название структурной или микрозеренной сверхпластичности (ССП), проявляется при температурах выше 0.5tпл и при сравнительно небольших скоростях деформации (здесь tпл - температура плавления металла). ССП присуща металлическим материалам с размерами зерна порядка 10 мкм и менее. Обобщенная зависимость деформации e от растягивающего напряжения s для сверхпластичных материалов показана на рис. 1.
Типичная зависимость деформации сверхпластического материала от механического напряжения
Рис. 1
Основными факторами, определяющими степень проявления ССП материала, являются химический состав вещества, макро- и микроструктура, температура и скорость деформации. Столь большое число факторов обусловливает трудности экспериментального изучения ССП при высоких температурах, так как необходимо обеспечить постоянство условий эксперимента. Во многих металлах состояние ССП имеет место в довольно узком интервале показателя напряженного состояния s/T , где s - растягивающее напряжение, T - абсолютная температура. Поэтому для исследования зависимости пластичности металлов от напряженного состояния выбирают такие виды горячих испытаний, которые протекают при условии s/T = const. Кроме того, деформация при испытании должна быть монотонной. Результаты горячих испытаний на пластичность различных металлов весьма противоречивы, что объясняется сложным взаимодействием вышеупомянутых факторов.
ССП характерна как для чистых металлов, так и для двух- и многофазных сплавов. В общем случае этот эффект наблюдается в поликристаллических агрегатах, три основных типа которых показаны на рис. 1. Фазовые смеси типа + феррит (рис 2, а) условно можно назвать структурами 1-го типа; структуры, характеризующиеся равномерным распределением дисперсных и прочных частиц второй фазы в пластичной монокристаллической матрице - структурами 2-го типа (рис. 2, b), а промежуточные структуры - структурами 3-го типа (рис. 2, c).
Структуры сплавов, в которых наблюдается сверхпластичность
Рис. 2
а - 1-й тип;
b - 2-й тип;
c - 3-й тип.
Эффект ССП не следует путать с приницпиально другим видом сверхпластичности - трансформационной, проявляющейся при фазовых полиморфных переходах металлов и некоторых поликристаллических веществ, в частности, минералов (см. описание “Трансформационная сверхпластичность”). Примерами неполиморфных металлов, в которых проявляется ССП, служат алюминий, медь, цинк, никель, олово, кадмий, а также сплавы на их основе. В частности, монокристаллический Zn при статическом растяжении имеет показатель сверхпластичности d>1000%. Для сплава Al + 17%Сu он составляет 600%. В сплаве Cu + 12%Al в условиях растяжения при температуре 5400С d = 500%.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Металлические материалы, находящиеся в сверхпластичном состоянии, существенно отличаются от обычных металлов и сплавов, приближаясь к вязким веществам, таким как стекло и полимеры. Принципиально возможно осуществление двух отличающихся технологических процессов:
1) обработка давлением сплавов из литых заготовок, предварительно подвергнутых термообработке (закалке) для получения мелкодисперсной структуры. Возможно изготовление полуфабрикатов или готовых изделий за один цикл деформации из таких материалов, которые плохо поддаются деформации в обычном состоянии;
2) изготовление сложных по форме или требующих особо глубокой вытяжки готовых изделий из заготовки, предварительно деформированной обычными методами (экструзией, прокаткой).
Названные технологии, однако, не являются универсальными, поскольку далеко не каждый сплав является сверпластичным при скорости деформации свыше 0.01 1/с. Расчеты также показывают, что горячая обработка давлением холодным инструментом становится невозможной из-за резкого снижения температуры заготовки. Для известных сверхпластических сплавов на основе железа и никеля оптимальная температура ССП составляет около 1000°С, и изменение ее на 50°-80° в ту или иную сторону приводит к резкому понижению уникальных пластических свойств.
На рис. 3 показана схема штамповки сверхпластичных материалов, используемая для глубокой вытяжки цилиндрических колпачков из сплава олово-свинец и др.
Схема штамповки сверхпластичных материалов
Рис. 3
1 - пуансон;
2 - прижим;
3 - матрица;
4 - заготовка;
5 - подвод масла под высоким давлением.
Перспективным направлением также является использование эффекта ССП для интенсификации процессов соединения металлов в твердом состоянии.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
ССП может быть реализована на установках для испытаний металлов на растяжение при одновременном нагревании. Контроль напряжений, деформаций и температуры осуществляется датчиками соответствующих параметров. Результатом сбора и обработки данных является семейство диаграмм “напряжение-деформация” при Т = const.
Литература
1. Шоршоров М.Х., Тихонов А.С. и др. Сверхпластичность металлических материалов.- М.: Наука, 1973.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
