Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Ч1 (6 (Магний и его сплавы (Магний уступает алюминию в теплопроводности,…
Ч1
6
Магний и его сплавы
Магний уступает алюминию в теплопроводности, пределе упругости примерно в 1,5-2 раза.
У магния низкая температура плавления - около 600 градусов.
Используется этот самый магний ввиду его
низкой плотности
и относительно
большой удельной прочности
в космической промышленности, электронике, в автомобилестроении (особенно в спортивных машинах)
Для повышения прочности используются
церий
и
тория
. Нужно привести графики изменения прочности от содержания церия и алюминия (для сравнения). Кроме этого, образующиеся частицы меньше разупрочняются с повышением температуры, поэтому эффект упрочнения сохраняется при более высоких температурах.
Алюминий повышает температуру плавления. Цирконий повышает жаропрочность, препятствует росту зерна.
Основными легирующими элементами являются алюминий, церий, торий, цирконий.
Магний в атмосфере углекислого газа
Я уже написал, что его легируют бериллием и алюминием для повышения коррозионной стойкости в атмосфере угл. газа. Но из-за того, что алюминий
снижает прочностные свойства
, он может быть заменен
марганцем
.
Вполне логично, что сплавы магния с добавлением алюминия, циркония, марганца и кремния могут использоваться в реакторах, где теплоноситель углекислый газ.
В магний добавляют
бериллий
(всего несколько сотых) и
алюминий
. Нужно помнить про
график
зависимости коррозионной стойкости от добавления бериллия. Иногда алюминий заменяют цирконием. Это нужно для повышения прочностных характеристик.
7
Бериллий и его сплавы
Достоинства бериллия: 1)высокая теплопроводность и электропроводность, 2) обладает высокой прочностью, 3) низкое сечение захвата нейтронов. Недостатки: 1) образует токсичный оксид при высоких температурах, 2) дорогой и не технологичный.
У бериллия 4 системы скольжения
ГПУ решетка, перед плавлением переходит в ОЦК - 1200 градусов
Легируют, чтобы сделать бериллий более пластичным. Этого стараются добиться активировав призматическую систему скольжения.
Хладноломкость и красноломкость (за-за легкоплавких эвтектик по границам зерен)
Повышение пластичности и применение
Добавка меди и никеля активирует пирамидальную систему скольжения, однако не подтвердилось повышение пластичности.
Глубокое рафинирование методом зонной плавки: очистка повышает пластичность и прочность.
Бериллий разрезают, размалывают, а затем прессуют. Так добиваются повышения пластичности во много раз.
Наиболее эффективно проводить прессование в несколько проходов.Так достигается более высокая пластичность и прочность.
Применение: применяется как армирующий элемент для деталей космических кораблей и самолетов из-за высокой удельной прочности, применяется в ядерных реакторах из-за низкого сечения захвата нейтронов и высокой температуры плавления.
4
Легирование алюминия
Алюминий стоек в воде до 100 градусов. Наилучшим образом сопротивляется коррозии в нейтральной или слегка кислой среде. Это происходит благодаря образованию защитной пленки. Это явления называется
пассивацией
.При более высокой температуре скорость коррозии возрастает.
Используются три метода для увеличения сопротивления коррозии: 1) легирования для образования плёнок, 2) торможение катодной реакции, 3) торможение анодной реакции
Ввиду того, что алюминий обладает хорошей теплопроводностью, низким сечением захвата, хорошим сочетанием плотности и прочности он широко используется в авиастроении и в реакторах.
Катодная пассивация
. Реализуется, когда мы добавляем железо и никель. Образуются интерметаллиды, которые сдвигают потенциал катода в положительном направлении.
Анодная пассивация
. Мы добавляем что-то, что становится анодом, но гораздо более устойчиво против коррозии.
3
Алюминий и его сплавы
Сплавы с
литием
: применяются в аэрокосмической промышленности, они легкие и относительно прочные. Эвтектическое превращение происходит при 600 градусах.
с
медью
: старение - привести график, самое эффективное - естественное при комнатной температуре. Образуются включение (какие-то когерентны, какие-то - нет. Различные включения упрочняют по разным механизмам.
Внедряют добавки магния, чтобы сделать раствор более устойчивым. Это происходит за счет образования интерметаллида.
Сплав с
кремнием
рассматривается у Калина: если не добавить щепотку натрия, кремний вырастает в виде игл, и это негативно сказывается на механических свойствах. Поэтому добавляют натрий, он работает следующим образом: с одной стороны, разрушает центры быстрой кристаллизации кремния, с другой, мешает кремнию так быстро подходить к этим центрам кристаллизации.
на диаграмме с медью: 4,7% и 18%
Пути упрочнения: термическая обработка, добавления лег. элементов и их комплексов.
9
Цирконий и его свойства
ГПУ решетку, высокая температура плавления - 1800 градусов.
Подвержен радиационному росту.
Обладает маленьким сечением захвата нейтронов, что делает его удобным для использования в реакторах. Такие элементы как
вольфрам
,
ванадий
могли бы использоваться при легировании для улучшения механических свойств, но этого не делают из-за увеличения сечения захвата.
Вместо этого цирконий легируют
оловом
,
ниобием
, в меньших количествах
алюминием
и
железом
.
Полиморфизм и прочее
переход
альфа-бета
при 800 градусах. Переход носит
мартенситный характер
При давлении 6ГПа решетка переходит в омега. Она характеризуется крайне низким отношением
c/a
. При комнатной температуре эта решётка сохраняется. При нагреве до 100 градусов она переходит в альфа
11-12
Сплавы циркония с Sn
Образуется интерметаллид. Выше скорость охлаждения - частицы получаются более мелкодисперсные.
Олово
слабо упрочняет, но влияет на коррозионную стойкость
Больше 1,5% не добавляют, потому что тогда очень сильно снизится пластичность.
10
Влияние легирования на структуру
Чем руководствуются при легировании:
1
) сечение захвата должно остаться маленьким,
2
) сплав должен быть коррозионностоек,
3
) сплав должен выдерживать заданную температура и уровень облучения,
4
)
Диаграмма с ниобием. Ниобий
повышает
температуру альфа-бета перехода до 1000 градусов. Альфа` фаза - это пересыщенный бета раствор, он получается при
закалке
. При отпуске распадается на альфа и раствор циркония в бета-ниобии. Бета фаза мягче, чем остальные, именно тем, что после 8% ниобия её
доля увеличивается
, на графике прочности обусловлен
спад
.
Олово понижает температуру альфа-бета перехода. При легировании оловом образуются интерметаллические соединения. Олово снижает негативное влияние азота на поглощение водорода.
13
Кислород и цирконий
Очень сильно повышает температуру перехода из альфа фазы в бета фазу.
Можно описать механизм коррозии с кислородом: 1) адсорбция и диссоциация молекулы воды, 2) кислород проходит через плёнку и образует связь с цирконием, плёнка растет
14
Водород и цирконий
Существует три модификации гидрида: дельта, гамма и эпсилон. Гидрид занимает больший объем, поэтому образуется преимущественно на границах зерен.
Влияние положения гидрида относительно приложенного напряжение на разрушаемость.
Температура
влияет на трещиностойкость: с повышением температуры гидриды становятся более мягкими, пластичными и растворимость становится больше
Для труб наиболее нежелательны ориентированные
радиально
гидриды. Для контроля на производстве ввели специальный критерий
f
15
Коррозия циркония в воде и паре
Считается, что наиболее коррозионно стоек чистый цирконий. Азот, водород и углерод снижают стойкость.
Азот увеличивает число анионных вакансий, образует не растворимый нитрид и, таким образом, способствует более легкому преодолению кислородом пленки.
Оксид ниобий заделывает поры в пленке, повышает стойкость. Но при концентрациях больше 2,5% ниобий влияет негативно.
Оксид олова тоже повышает стойкость. В общем-то, олово тоже заделывает дефекты оксидной пленки циркония, располагаясь вдоль межкристаллитных границ.
Термическая обработка: для сплавов с оловом она применяется для получения определенной структуры интерметаллидов, для сплавов с ниобием для получения равновесной структуры.
Для ниобия: закалка из альфа+бета области, деформация и отжиг при температурах ниже монотектоидного перехода. Если отжиг проводится до полного распада, коррозионная стойкость получается самой высокой.
Для олова: необходимо достигнуть наиболее
равномерного
распределения
мелкодисперсных
интерметаллических частиц.
17
ЗГР
Механизм
: водород концентрируется у вершины трещины, образуется гидрид, происходит растрескивание гидрида и матрицы, все повторяется. Для того, чтобы водород сконцентрировался, необходимо напряжения порядка 0,4-0,5 предела пластичности.
Существует величина, называемая коэффициент напряженности. При определенном
K
скорость роста трещины увеличивается особенно резко.
Для того, чтобы трещина развивалась необходимы напряжения порядка 300 МПа.
Основной способ справиться с ЗГР - устранение остаточных напряжений, повышение однородности структуры материала.
18
КРН
Это растрескивание со внутренней стороны, когда йод концентрируется в вершине дефекта.
Вводят такую характеристику как пороговое содержание йода. Считается, что ниже этой концентрации КРН не происходит, однако эта величина условная
Для того, чтобы бороться с КРН, наносят тонкую пленку чистого циркония на внутреннюю сторону трубки
На скорость КРН влияет состав и состояние сплава. Наличие текстуры увеличивает скорость деформации, наличие напряжений тоже