Фазовый состав сплавов

Лекция 5

Колебания лопаток

До 60% поломок лопаток ГТД имеют усталостный характер и связаны с действием переменных напряжений при вибрациях. Поломка одной лопатки обычно приводит к лавинообразному процессу повреждения или разрушения других, нарушению балансировки ротора, помпажу и другим серьезным повреждениям двигателя. Для предупреждения вибрационных поломок при проектировании и доводке двигателя исследуются колебания лопаток. Обеспечение вибрационной прочности лопаток регламентируется «Нормами летной годности воздушных судов».

Колебания лопатки в условиях работы на дви­гателе происходят под действием переменных газо­динамических сил, обусловленных, главным обра­зом, неравномерностью газового потока в проточной части. Эти силы изменяются во времени периоди­чески, причем период равен времени одного обо­рота ротора.

Колебания лопаток создают большие дополнительные динамические напряжения в них, вызывают усталостные явления в материале. Вследствие этого с течением времени в различных местах лопаток появляются трещины, происходит их разрушение.

1. Фазовый состав сплавов
2. Методы построения диаграмм состояния.
3. Правило фаз.

Чистые металлы находят довольно ограниченное применение. Их используют главным образом в электрорадиотехнике (проводниковые, электровакуумные и другие материалы). Основными конструкционными материалами являются металлические сплавы. Сплав – это вещество, полученное сплавлением двух или более элементов (компонентов). Сплав, приготовленный преимущественно из металлов, называют металлическим. Металлические сплавы можно также получать методами порошковой металлургии, диффузией и другими способами.

Компоненты сплава могут взаимодействовать, образуя различные по составу, типу связи и строению кристаллические фазы.

Фаза – это однородная обособленная часть системы (сплава), имеющая одинаковые состав, строение и свойства.

В жидком состоянии почти все металлы растворяются друг в друге и образуют жидкий раствор.

При затвердевании сплава возможно образование следующих фаз:

1. Твердый раствор

2. Химическое соединение

3. Механическая смесь различных фаз.

Твердый раствор – это однофазная система, в которой один из компонентов образует собственную кристаллическую решетку, а второй присутствует в виде отдельных атомов, то есть собственной кристаллической решетки не имеет. Первый компонент называют растворителем, а второй – растворенным компонентом. Обозначают α, β, γ и т.д. Иногда А(В) – означает компонент В растворен в решетке компонента А. Микроструктура таких сплавов состоит из однородных зерен, имеющих кристаллическую решетку элемента растворителя.

Рис. 1. Микроструктура твердого раствора

Различают твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.

В твердых растворах внедрения – атомы растворенного вещества находятся в порах кристаллической решетки основного компонента.

Особенности:

-растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);

- ограниченная растворимость;

В твердых растворах замещения – атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки.

Особенности:

-часто имеют неограниченную растворимость; При этом атомы растворенного элемента могут полностью заместить атомы растворителя, если выполняются следующие условия:

1) Компоненты изоморфны (имеют одинаковый тип кристаллической решетки)

2) Близкие значения размеров атомов

3) Близкое строение валентных оболочек

- если эти условия не выполняются, то происходят большие искажения решетки и накопление упругой энергии. Решетка становится неустойчивой, и наступает предел растворимости.

-многие твердые растворы замещения могут находиться в упорядоченном состоянии. При этом происходит изменение свойств: возрастают электропроводность, температурный коэффициент электрического сопротивления, твердость и прочность, снижается пластичность сплава.

В твердых растворах кристаллическая решетка искажается (появляются примесные атомы), причем в большей степени она искажается при образовании твердых растворов внедрения.

Сплав - химическое соединение образуется при определенном соотношении компонентов. Особенности:

- они образуют новую кристаллическую решетку, отличную от решеток исходных элементов;

- соотношение атомов элементов обычно описывается формулой А_n B_m (хотя могут иметь переменный состав);

-обладают новыми свойствами;

-имеют определенную температуру плавления (т.е. плавление происходит при постоянной температуре).

Механическая смесь различных фаз. В тех случаях, когда компоненты не взаимодействуют между собой и не способны взаимному растворению, то образуются механические смеси различных кристаллических фаз. Материал будет состоять из зерен различного состава, структуры и свойств.

Рис. 2. Микроструктура механической смеси

При строго определенных условиях (состав, температура) из жидкого раствора одновременно кристаллизуются два (или более) компонента, образуя эвтектику. Зерна эвтектики, как правило, имеют пластинчатое строение.

2. Методы построения диаграмм состояния.

Свойства сплава зависят от многих факторов, но прежде всего они определяются составом фаз и их количественным соотношением. Эти сведения можно получить из анализа диаграмм состояния. Диаграмма состояния – это графическое изображение состояния сплавов. Зная диаграмму состояния, можно представить полную картину формирования структуры любого сплава, выбрать режимы литья, термической обработки и обработки давлением.
Экспериментальное построение диаграмм состояния возможно благодаря тому, что любое фазовое превращение сплава отмечается изменением различных свойств (электросопротивления, удельного объёма и др.) либо тепловым эффектом.

Обычно используют метод термического анализа. Строят кривые охлаждения (в координатах «Температура – Время») и по остановкам и перегибам на этих кривых, вызванными тепловым эффектом превращений, определяют критические температуры (температуры превращений). Затем строят диаграммы состояния в координатах: «Температура – Хим. состав». Чистые компоненты, химические соединения и эвтектика кристаллизуются при постоянной температуре (одна критическая точка), на кривой охлаждения отмечается горизонтальный участок. Твердые растворы кристаллизуются в интервале температур (две критические точки: температура начала кристаллизации и температура окончания кристаллизации), на кривой охлаждения отмечается перегиб.

Дата добавления: 2014-01-11