Алюминиевые сплавы

Содержание

Слайд 2

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Содержание Общие

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Содержание

Общие сведения
Области применения
Первичный алюминий
Роль

примесей и легирующих элементов
Основные системы легирования и классификация сплавов
Cтруктура и свойства слитков и отливок
Структура и свойства деформированных полуфабрикатов
Промышленные алюминиевые сплавы
(доклады студентов)
Слайд 3

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Учебная литература

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Учебная литература

И.И. Новиков, В.С.

Золоторевский, В.К. Портной и др. Металловедение, том 2. МИСиС, 2014. (Глава 15)
Б.А. Колачев, В.И. Ливанов, В.И. Елагин. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. МИСиС, 2005.
В.С. Золоторевский, Н.А. Белов. Металловедение цветных металлов. Раздел: Алюминиевые сплавы. МИСиС, 2000. (№ 1564).
Другая литература (не менее 5 источников)
Слайд 4

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Темы докладов

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Темы докладов c презентацией

Силумины
Дуралюмины
Магналии
Жаропрочные

алюминиевые сплавы
Высокопрочные алюминиевые сплавы
Литийсодержащие алюминиевые сплавы
В докладах (20-30 минут) рассматриваются химический состав, структура и свойства промышленных сплавов, области применения
Слайд 5

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Общая характеристика

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Общая характеристика алюминия и

его сплавов

Большие запасы (8%Al) в земной коре
1-е место среди цветных металлов по объему производства – более 30 млн т/год (15% РФ)
Цена - 1500-2600 $/т (~1500 $/т)
Легкость – уд.вес 2,7 г/см3
Высокая прочность (сплавов)- σв до 700 МПа
Высокая коррозионная стойкость
Высокая электропроводность (2/3 от Cu)
Высокая технологичность при всех видах обработки
Возможность использования отходов

Слайд 6

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Области применения

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Области применения алюминия и

его сплавов

авиа- и ракетостроение
наземный и водный транспорт
машиностроение
электротехника
строительство
упаковка (для пищи, лекарств и т.д.)
бытовая техника
специальные области

Слайд 7

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ Химический состав некоторых

стандартных марок первичного алюминия (ГОСТ 11069-2001) «Вторичный алюминий» - Al-сплавы из лома и отходов
Слайд 8

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Физические свойства

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Физические свойства Al в

сравнении с другими металлами

Свойство Al Fe Cu Mg Ti
Температура плавления, 0С 660 1539 1083 650 1652
Температура кипения, 0С 2494 2872 2595 1107 3000
Плотность, г/см3 2,7 7,86 8,9 1,738 4,5
Коэфф. терм. расш., 106* К-1 23,5 12,1 17,0 26,0 8,9
Уд. электросопр., 108* Ом*м 2,67 10,1 1,69 4,2 54
Теплопроводность, Вт*м-1*К-1 238 78,2 397 156 21,6
Теплота плавления, Дж*г-1 405 272 205 293 358
Теплота испарения, кДж*г-1 10,8 6,1 6,3 5,7 9,0
Модуль упругости, ГПа 70 220 132 44 112
У чистого Al низкая твердость - 10-15НВ, прочность σв=50-70 МПа и высокая пластичность δ=30-45%

Слайд 9

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Основные примеси

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Основные примеси в алюминии

и его сплавах

Железо
Кремний
Fe+Si – фазы Al3Fe, Al5FeSi (β) и Al8Fe2Si (α)
Цинк
Медь
Магний
Свинец и олово
Натрий
Водород

Слайд 10

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ ОСНОВНЫЕ БАЗОВЫЕ

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

ОСНОВНЫЕ БАЗОВЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕГИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ

АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Al-Si, Al-Si-Mg (силумины)
Al-Si-Cu-Mg (медистые силумины)
Al-Cu [-Mn] (жаропрочные)
Al-Mg (магналии)
Al-Mg-Si (авиали)
Al-Cu-Mg (дуралюмины)
Al-Cu-Mg-Si (ковочные)
Al-Zn-Mg (свариваемые)
Al-Zn-Mg-Cu (высокопрочные)
Al-Li-Cu-Mg (сверхлегкие)

Слайд 11

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Классификация легирующих

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Классификация легирующих элементов и

примесей в промышленных алюминиевых сплавах по их влиянию на образование различных элементов структуры
Слайд 12

Диаграмма состояния Al-Cu

Диаграмма состояния Al-Cu

Слайд 13

Диаграмма состояния Al-Mg

Диаграмма состояния Al-Mg

Слайд 14

Диаграмма состояния Al-Si

Диаграмма состояния Al-Si

Слайд 15

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Характеристики диаграмм

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Характеристики диаграмм состояния

эвтектического типа, образуемых алюминием с основными легирующими элементами
Слайд 16

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Характеристики двойных

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Характеристики двойных фазовых диаграмм

алюминия с переходными металлами, присутствующими в алюминиевых сплавах в качестве примесей или легирующих элементов (см. слайд 11)
Слайд 17

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Области составов

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Области составов алюминиевых сплавов

и их классификация по структуре

1.Сплавы типа твердых растворов (матричные) (подавляющее большинство деформируемых сплавов, а также литейные на базе систем Al–Cu, Al–Mg и Al-Zn-Mg);
2.Доэвтектические сплавы (большинство силуминов - сплавов, в которых важнейшим легирующим элементом является кремний, например типа АК7 и АК8М3, а также некоторые деформируемые сплавы, в частности типа АК4-1);
3.Эвтектические сплавы (силумины типа АК12 и АК12М2);
4.Заэвтектические сплавы (заэвтектические силумины, например АК18).

Слайд 18

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Общие особенности

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“
Общие особенности структуры

и свойств слитков и отливок из алюминиевых сплавов
Слайд 19

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Неравновесная кристаллизация

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Неравновесная кристаллизация

Микроструктура
сплава Al-5%

Cu

Не

Неравновесная кристаллизация – результат
неполного прохождения диффузии при
реальных скоростях охлаждения

Слайд 20

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Метастабильные варианты фазовых диаграмм Al-ПМ

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Метастабильные варианты фазовых диаграмм

Al-ПМ
Слайд 21

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Типичная макро-

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Типичная макро- и микроструктура

доэвтектических литых алюминиевых сплавов
Слайд 22

Микроструктуры литых сплавов

Микроструктуры литых сплавов

Слайд 23

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИТОЙ

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИТОЙ СТРУКТУРЫ

1) форма и размер кристаллитов (зерен) ;
2) форма и размер дендритных ячеек (Al);
3) состав, структура, морфология и объемная доля частиц избыточных фаз кристаллизационного происхождения
4) распределение легирующих элементов и примесей в (Al)
5) характеристики субструктуры (распределение и плотность дислокаций, размеры субзерен и дислокационных ячеек, углы их разориентировки, вторичные выделения);
6) количество, размер и распределение пор
Слайд 24

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Соотношение между

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Соотношение между размером дендритной

ячейки (d) и скоростью охлаждения (Vохл) d=A V-nохл
Слайд 25

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Концентрационная граница

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Концентрационная граница появления неравновесной

эвтектики (Ск на cлайде 20)
Слайд 26

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Объемная доля

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Объемная доля (QV) и

размер (m) частиц избыточных фаз и пор

QV = Cx/Ce)1/(1-К),
где
Сe – эвтектическая концентрация,
К - коэффициент распределения (Сж/Cтв),
Сx - концентрация легирующего элемента в сплаве.
m = Bd,
где d – размер дендритной ячейки

Слайд 27

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ МОРФОЛОГИЯ ИЗБЫТОЧНЫХ

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

МОРФОЛОГИЯ ИЗБЫТОЧНЫХ ФАЗ

Большое

количество и разнообразие формы частиц избыточных фаз, в том числе одной и той же фазы при кристаллизации в разных условиях:
1) прожилки по границам дендритных ячеек;
2) скелеты;
3) иглы, пластины;
4) тонкодифференцированные кристаллы (внутри эвтектики) в сплавах, близких к эвтектической точке и др.
С увеличением скорости охлаждения и кристаллизации размеры частиц уменьшаются
Слайд 28

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Разная морфология избыточных фаз

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Разная морфология избыточных фаз

Слайд 29

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Модифицирование литой

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Модифицирование литой структуры

Модифирование для

измельчения первичных кристаллов
Примеры модификаторов: зерна (Al) - Ti и Ti+B, первичного (Si) – Cu+P
Модифицирование эвтектик
Модификаторы (Si) в эвтектике: хлориды, Sr, РЗМ – изменяют форму монокристаллов, кристаллизующихся внутри эвтектических колоний
Слайд 30

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Основные Fe-

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Основные Fe- и Si-содержащие

фазы в алюминиевых сплавах

Al3Fe, α(Al8Fe2Si), β(Al5FeSi)
Al15(Fe,Mn)3Si2
Al6(Fe,Cu,Mn), Al7FeCu2
Al9FeNi
Al8FeMg3Si6
Распределение легирующих элементов по сечению дендритных ячеек (Al) - слайд 23

Слайд 31

Внутренняя структура дендритов (Al)

Внутренняя структура дендритов (Al)

Слайд 32

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Изменение структуры

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Изменение структуры и

свойств слитков и отливок при гомогенизационном отжиге
Слайд 33

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Структурные изменения

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Структурные изменения при гомогенизации

и закалке

1) растворение неравновесного избытка фаз кристаллизационного происхождения;
2) устранение внутрикристаллитной ликвации легирующих элементов;
3) распад алюминиевого раствора во время изотермической выдержки с образованием алюминидов переходных металлов (в сплавах, содержащих такие добавки);
4) изменение морфологии фаз кристаллизационного происхождения, не растворимых в твердом растворе

Слайд 34

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Растворение неравновесных

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Растворение неравновесных фаз в

результате диффузии
τP= (Qβ·A·d/2) / (D·S·(B+K·Qβ) ,
где
τP - время полного растворения β-фазы
d - размер дендритной ячейки;
Qβ - объемная доля неравновесной β-фазы;
S - суммарная поверхность ее включений;
D - коэффициент диффузии легирующего элемента в (Al);
A, В и К - коэффициенты, постоянные для сплава заданного состава
Слайд 35

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Растворение неравновесных

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Растворение неравновесных фаз

Эмпирические уравнения:

τp=b0 + b1m или τp = amв,
где m – толщина растворяющихся частиц
- отливки сплава АМг9 при температуре гомогенизации 4400С τp = -1,6 + 0,48m,
- слитки сплава Д16 при температуре гомогенизации 4800C τр = 0,79 + 1,66m или
τp = 0,63 m1,2 (m - в мкм, τp - в час).
Слайд 36

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Устранение внутрикристаллитной

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Устранение внутрикристаллитной ликвации

τ

= 5,8l02/(π2D),
где l0 = d/2
D- коэф. диффузии при Тгом , см2/c:
Mg, Zn, Si - 10-9
Cu - 10-10
Ni - 10-12
Fe, Mn, Cr, Zr -10-13 - 10-14
Слайд 37

Дисперсоиды алюминидов Mn, Zr и Ti

Дисперсоиды алюминидов Mn, Zr и Ti

Слайд 38

Фрагментация и сфероидизация эвтектического кремния при нагреве под закалку

Фрагментация и сфероидизация эвтектического кремния при нагреве под закалку

Слайд 39

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 5) изменение

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

5) изменение зеренной и

дислокационной структуры алюминиевого твердого раствора;
6) распад алюминиевого раствора по основным легирующим элементам при охлаждении после изотермической выдержки;
7) развитие вторичной пористости.

Структурные изменения при гомогенизации и закалке (продолжение слайда 33)

Слайд 40

Тонкая структура после закалки и старения отливок (ПЭМ)

Тонкая структура после закалки и старения отливок (ПЭМ)

Слайд 41

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Общие особенности структуры и свойств деформированных полуфабрикатов

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Общие особенности структуры

и свойств деформированных полуфабрикатов
Слайд 42

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ . СТРУКТУРА

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА

ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Деформация:
«холодная» - при комнатной температуре
теплая - между комнатной и
≤ 0,5-0,6 Тпл
горячая- выше 0,5-0,6 Тпл

Слайд 43

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Напряжение течения

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Напряжение течения σ

-

- При холодной и теплой деформации ε алюминия напряжение течения σ непрерывно растет с момента начала деформации и вплоть до разрушения по степенному закону:
σ = αεm,
где α и m - коэффициенты, m < 1
- При горячей ОМД σ примерно постоянно (установившаяся стадия) после 10-50%-ной деформации
- Совместное влияние температуры Т и скорости деформации ε′ на σ определяется (через структуру) параметром Зинера-Холомона:
Z = ε′ exp(Q/kTдеф).
σ линейно зависит от lgZ
Слайд 44

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ СТРУКТУРА ДЕФОРМИРОВАННЫХ

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

СТРУКТУРА ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

ДО И ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Слайд 45

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Волокнистая (а)

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Волокнистая (а) и рекристаллизованная

(б) зеренная структура (СМ)

а

б

Слайд 46

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Карта структуры

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Карта структуры после многократной

прокатки методом анализа картины обратно рассеянных электронов EBSD в СЭМ
Слайд 47

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ ТЕКСТУРЫ ДЕФОРМАЦИИ

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

ТЕКСТУРЫ ДЕФОРМАЦИИ

1. В катаных

листах - двойная текстура прокатки {110}<112> (основная в техническом Al) и {112}<111> (основная в сплавах).
2. После прессования, волочения, прокатки прутков и проволоки круглого сечения образуется двойная аксиальная текстура <111> и <100>.
3. В прессованных полосах и тонкостенных профилях – текстура прокатки + аксиальная при больших отношениях толщины к ширине.
4. В трубах, получаемых прессованием, прокаткой и волочением, - «цилиндрическая» текстура (текстура прокатки после разрезки трубы и разворота ее в плоскость).
5. В осаженных прутках – аксиальная текстура <110>
Слайд 48

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Диаграмма структурных

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Диаграмма структурных состояний закаленного

деформируемого сплава АК8 в зависимости от температуры и скорости горячей деформации при осадке

1 - рекристаллизации нет;
2- полная рекристаллизация;
3- рекристаллизация начинается после деформации;
4- смешанная структура

Слайд 49

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Субструктура (Al)

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Субструктура (Al) после возврата

и строчечность частиц в волокнистом полуфабрикате


Слайд 50

Дисперсоиды в конечной структуре деформированных полуфабрикатов (ПЭМ) 1мкм 200 нм

Дисперсоиды в конечной структуре деформированных полуфабрикатов (ПЭМ)

1мкм

200 нм

Слайд 51

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Термомеханическая обработка

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Термомеханическая обработка алюминиевых сплавов

ВТМО

– горячая деформация с получением полигонизованной структуры, сохраняющейся после закалки или отжига – упрочнение по сравнению с рекристаллизованным состоянием (Al) («пресс-эффект» или «структурное упрочнение»)
НТМО – холодная деформация (прокатка) после закалки перед старением
Слайд 52

Cпособы получения нанокристаллической структуры -введением при распаде (Al) наночастиц фаз-упрочнителей (в

Cпособы получения нанокристаллической структуры -введением при распаде (Al) наночастиц фаз-упрочнителей (в литейных и деформируемых

сплавах) -путем интенсивной пластической деформации разными способами: кручение под гидростическим давлением (КГД)], равноканальное угловое прессование (РКУП), многократная прокатка, механическое легирование и другие для получения наноразмерного зерна в (Al)
Слайд 53

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Слайд 54

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Интенсивная пластическая

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Интенсивная пластическая деформация (ИПД)

Величина

деформации в работах по ИПД рассчитывается по формуле ε=-ln(1- Δ/1), где для листов Δ – это разность исходного размера (диаметра или толщины) заготовки и размера после деформации.
Например, если исходная заготовка имела толщину 10 мм, а в результате прокатки мы получили из нее лист толщиной 1 мм, то
ε=-ln{1- (10-1)/10}=ln(0,1)=2,3.
При ИПД ε может достигать 3-4 и более за один проход
Слайд 55

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Схемы РКУП

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Схемы РКУП и КГД

РКУП

- многократное про-
давливание образца через
канал без изменения его
формы

КГД-деформация за счет сил трения по
поверхности дискового образца

Слайд 56

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Промышленные литейные

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Промышленные литейные алюминиевые сплавы


Базовые системы легирования, маркировка.
Химический и фазовый состав.
Особенности структуры и свойств силуминов и литейных сплавов на основе систем Al – Mg, Al – Cu и Al – Zn – Mg
Слайд 57

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Системы обозначения

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Системы обозначения промышленных литейных

алюминиевых сплавов в России и США

Базовая система США (АА) Россия (ГОСТ 1583-89)
Al-Cu 2XX.0 (224.0) (АМ5)
Al-Si-Cu, Al-Si-Mg,
Al-Si-Cu-Mg 3XX.0 (356.0) (АК12М2МгН)
Al-Si 4XX.0 (413.0) (АК12)
Al-Mg 5XX.0 (514.0) (АМг5К)
Al-Zn 7XX.0 (710.0)
Al-Sn 8XX.0 (850.0)

Слайд 58

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Сравнительная характеристика свойств литейных сплавов

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Сравнительная характеристика свойств литейных

сплавов
Слайд 59

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Гарантируемые механические свойства силуминов по ГОСТ 1583-93

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Гарантируемые механические свойства силуминов

по ГОСТ 1583-93
Слайд 60

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Механические свойства

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Механические свойства литейных сплавов

на базе систем Al–Cu и Al–Mg по ГОСТ 1583-93
Слайд 61

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Промышленные деформируемые

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Промышленные деформируемые сплавы

Базовые системы

легирования, маркировка, химический и фазовый состав
Термически неупрочняемые сплавы на основе систем Al – Fe – Si, Al – Mg, Al – Mn, особенности их структуры и свойств.
Термически упрочняемые сплавы на основе систем Al – Cu, Al – Mg, Al – Mg – Si,
Al – Cu – Mg, Al – Zn – Mg – Cu, Al – Mg – Cu – Li.
Слайд 62

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Системы обозначений

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Системы обозначений промышленных деформируемых

алюминиевых сплавов в России и США

Базовая США (АА) Россия (ГОСТ 4784-74)
система Цифровая – (буквенная)
>99.0% Al 1ХХX (1180) 10YY – (АД1)
Al-Cu 2XXX (2024) 11YY – (Д16, АК4-1)
Al-Mn 3XXX (3005) 14YY – (АМц)
Al-Si 4XXX - - -
Al-Mg 5XXX (5086) 15YY – (АМг6)
Al-Mg-Si 6XXX (6010) 13YY – (АВ, АД31)
Al-Zn 7XXX (7075) 19YY – (В95)
Остальные 8XXX (8111) – - (АЖ0.8)

Слайд 63

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Концентрация основных

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Концентрация основных легирующих элементов

в промышленных деформируемых сплавах
Слайд 64

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Сравнительная характеристика свойств деформируемых сплавов

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Сравнительная характеристика свойств деформируемых

сплавов
Слайд 65

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Обозначение некоторых

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Обозначение некоторых состояний для

деформируемых алюминиевых сплавов

1) русские буквы, 2) латинские буквы

Слайд 66

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Типичные механические

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Типичные механические свойства термически

неупрочняемых алюминиевых деформируемых сплавов
Слайд 67

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Типичные механические

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Типичные механические свойства термически

упрочняемых алюминиевых деформируемых сплавов
Слайд 68

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Пример билета

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Пример билета к контрольной

работе

1. В какой области диаграммы состояния находятся составы алюминиевых сплавов с хорошими литейными свойствами?
2. Какие процессы идут при закалке деформированных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов?
3. Модифицирование структуры литейных алюминиевых сплавов
4. Структура и свойства дуралюминов
5. Безмедистые силумины

Слайд 69

Тугоплавкие металлы и сплавы

Тугоплавкие металлы и сплавы

Слайд 70

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ План раздела

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

План раздела

Тугоплавкие металлы, их

распространенность в земной коре, применение. Металлы «большой четверки».
Общие особенности электронной и кристаллической структуры тугоплавких металлов с ОЦК решеткой.
Физические свойства.
Химические свойства. Способы защиты тугоплавких металлов от взаимодействия с газами воздуха
Состав защитных покрытий и способы их нанесения на тугоплавкие металлы и сплавы.
Механические свойства: проблемы хладноломкости и жаропрочности
Принципы легирования тугоплавких металлов с целью создания жаропрочных сплавов.
Промышленные сплавы.
Слайд 71

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Максимальные рабочие

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Максимальные рабочие температуры жаропрочных

сплавов на разной основе
Слайд 72

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Особенности электронной

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Особенности электронной структуры

Тугоплавкие

металлы IV-VII групп – переходные d-элементы
V и Cr расположены в I-ом большом периоде, Zr, Nb и Mo во II-ом, Ta, W, Nb и Re – в III-ем
Соответственно у них не полностью заполнены 3d-, 4d- и 5d-уровни, а количество электронов на внешних уровнях почти одинаково
В результате кристаллическая структура у всех этих металлов тоже близка
Как минимум одна модификация имеет ОЦК решетку со всеми ее особенностями
Слайд 73

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Распространенность в

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Распространенность в земной коре,

кристаллическая структура и некоторые физические свойства тугоплавких металлов
Слайд 74

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Температура плавления

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Температура плавления переходных металлов

трех длинных периодов

Максимум Тпл – при
6 (d+s)-электронах,
когда максимальна
прочность сил меж-
атомной связи

Слайд 75

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Химические свойства

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Химические свойства Схемы зависимости скорости

окисления от времени при постоянной температуре

При

Сильное окисление начинается
при т-рах 400-5000С.
Причины линейного окисления:
-низкая Тпл и Ткип оксида
(279 и 3630С у Re2O7, 795 и
14600С у МоО3),
-рыхлая крист. решетка, сильно
отличающаяся от маталла

Слайд 76

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Взаимодействие с

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Взаимодействие с водородом и

азотом

С водородом металлы VI-группы и рений в
твердом состоянии не взаимодействуют
Металлы IV- и V-групп активно
взаимодействуют с водородом выше 250-3000С
с образованием гидридов
С азотом взаимодействуют все тугоплавкие
металлы, особенно IV группы, меньше других -
хром

Слайд 77

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Защитные атмосферы

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Защитные атмосферы и покрытия

Защитные

атмосферы: вакуум, аргон,
водород (для W и Mo)
Защитные покрытия получают хромированием, силицированием, оксидированием (Al2O3, ThO2, ZrO2), многослойным вакуумным напылением (Cr, Si) с последующим диффузионным отжигом
Слайд 78

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Механические свойства

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Механические свойства 2 основные проблемы

–хладноломкость и жаропрочность Температурные зависимости относительного сужения
Слайд 79

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Природа хладноломкости

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Природа хладноломкости ОЦК металлов

1.Роль

примесей, особенно образующих растворы внедрения
-предельная растворимость
-сегрегация на дислокациях
-равновесная сегрегация на границах зерен
-образование частиц избыточных фаз
2. Влияние дислокационной структуры
3. Влияние зеренной структуры
Слайд 80

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Растворимость углерода,

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Растворимость углерода, азота и

кислорода в тугоплавких металлах VА и V1А-подгрупп при комнатной температуре
Слайд 81

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Схемы структур

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Схемы структур тугоплавких ОЦК

металлов в различных состояниях а – г -структуры в световом микроскопе; д – ж -дислокационная структура фольги в электронном микроскопе; а – литое состояние; б – деформированное; в – рекристаллизованное состояние; г – монокристалл; д – гомогенное распределение дислокаций; е – ячеистая структура; ж – полигонизованная структура
Слайд 82

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Схемы изменения

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Схемы изменения температуры хрупко

-вязкого перехода тугоплавких металлов (Тхр) при легировании
Слайд 83

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Способы уменьшения

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Способы уменьшения хладноломкости

Снижение концентрации

примесей внедрения
Устранение сетки высокоугловых границ
Создание полигонизованной структуры
Измельчение зерна
Легирование рением и химически активными элементами
Слайд 84

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Температурные зависимости

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Температурные зависимости предела прочности

(а) и удельной прочности (б) тугоплавких металлов
Слайд 85

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Влияние легирования

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Влияние легирования на жаропрочность

Твердорастворное

упрочнение добавками, повышающими или слабо снижающими солидус металла – основы, т.е. другими тугоплавкими элементами
Фазы – упрочнители: чаще всего карбиды, а также нитриды, оксиды, бориды
Способы введения частиц фаз-упрочнителей – порошковая металлургия,
- «слиточная» технология
Слайд 86

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Диаграмма состояния Ti – Mo

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Диаграмма состояния Ti –

Mo
Слайд 87

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Диаграмма состояния Mo – W

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Диаграмма состояния Mo –

W
Слайд 88

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Диаграмма состояния Zr – Nb

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Диаграмма состояния Zr –

Nb
Слайд 89

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Схема конструирования

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Схема конструирования состава жаропрочных

сплавов на основе металлов «большой четверки»

Ме-основа (Мо, W, Nb, Ta) + растворимые добавки для повышения жаропрочности (те же металлы) и низкотемпературной пластичности (Ti, Zr, Hf, РЗМ)+ добавки , образующие фазы –упрочнители (С и другие металлоиды)

Слайд 90

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Температурные зависимости предела прочности вольфрамовых сплавов

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Температурные зависимости предела прочности

вольфрамовых сплавов
Слайд 91

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Расшифровка кривых на слайде 94

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Расшифровка кривых на слайде

94
Слайд 92

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Химический состав

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Химический состав и свойства

молибденовых сплавов в отожженном состоянии
Слайд 93

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Химический состав и свойства ниобиевых сплавов

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Химический состав и свойства

ниобиевых сплавов
Слайд 94

Радиоактивные металлы

Радиоактивные металлы

Слайд 95

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ План раздела

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

План раздела

Радиоактивный распад и

цепная ядерная реакция.
Ядерный реактор.
Уран .
Физические, химические и механические свойства урана.
Радиационное повреждение урана. Радиационный рост урана.
Газовое распухание урана и способы борьбы с ним.
Размерная нестабильность урана при работе реакторов.
Основные легирующие элементы.
Сплавы урана
Плутоний и его сплавы
Торий и его сплавы
Слайд 96

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Состав ядер

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Состав ядер атомов

-23 радиоактивных

металла, используются в основном U, Pu и Th.
-Ядро состоит из нуклонов – положительно заряженных протонов и нейтронов, имеющих примерно одинаковую массу.
-Число протонов Z (положительный заряд ядра) равно числу электронов.
-Заряд ядра Z равен суммарному числу протонов (или электронов) -Число нуклонов (массовое число) М = Z + N (N – число нейтронов).
-У многих элементов при одном Z несколько значений N и М
-Изотопы – атомы с одинаковым Z, но разным М.
-Нуклоны в ядре связаны ядерными силами, на 6 порядков большими, чем электростатические силы отталкивания протонов.
Слайд 97

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Распад и

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Распад и синтез ядер При

увеличении Z ядерные силы сначала растут, а потом у тяжелых элементов уменьшаются. Синтез легких и распад тяжелых ядер сопровождается выделением большой энергии. Условие стабильности ядра:

Дефект массы при потере или приобретении энергии: Δ m = Δ E/c2,
где Δ E – величина выделяющейся или приобретаемой энергии;
c – скорость света.
При образовании в результате синтеза ядер 1 кг гелия Δ m = 80 г. При этом выделяющаяся энергия Δ E = 4,47 ·1028 МэВ (как при сгорании 20 000 т угля).
При распаде ядер тяжелых элементов также образуется огромная энергия (при распаде ядер 1 кг U в 8 раз меньшая, чем при синтезе 1 кг He)

Слайд 98

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Разновидности реакций

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Разновидности реакций распада ядер

радиоактивных изотопов (естественная радиоактивность)

α - распад с выделением α–частицы (ядра гелия с М=4 и Z=2). При этом образуется новое ядро. Например, 226Ra88 → 4α2 + 222Rn86.
Позитронный или β+-распад (позитрон – 0e+1) Например, 30P15 → 0e+1 + 30Si14 + 0ν0 , где ν -нейтрино.
К – захват. Ядро захватывает электрон с оболочки своего атома (чаще всего с К –оболочки), который соединяется с протоном, образуя нейтрон.
Например, 55Fe26 + 0e-1→ 54Mn25 + 1n0.
При избытке нейтронов в ядре они распадаются: 1n0 → 1P1 + 0e-1 +0ν0.

Слайд 99

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Реакции при

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Реакции при бомбардировке ядер

частицами

Ядерные реакции – поглощение частиц –бомбардиров ядрами
Если частица не поглощается ядром, то говорят о рассеянии
Если частица поглощается ядром, то образуется короткоживущее (<10-16 сек) ядро, превращающееся в другое, испуская одну или несколько частиц
Возможно образование «возбужденных» ядер, которые отдают свой избыток энергии в виде электромагнитного излучения
Во всех ядерных реакциях Z и M остаются неизменными, а в результате реакции выделяется или поглощается энергия

Слайд 100

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Эффективное поперечное

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Эффективное поперечное сечение σ

бомбардируемых ядер (характеризует вероятность прохождения ядерной реакции)

P = F ⋅ N ⋅ d ⋅ σ,
где P – число ядерных процессов;
F – число частиц-снарядов;
d – толщина фольги–мишени;
N – число ядер.
-Размерность σ – барны (1 барн = 10-24 см2).
-Наилучшие частицы-бомбардиры – нейтроны, которые легко можно получать в реакторах и для которых не существует кулоновского барьера.

Слайд 101

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Схема зависимости

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Схема зависимости энергии связи

ядра на 1 нуклид (Q/М) от массового числа М

Си

Синтез ядер (идет
в термоядерных
реакциях) пока неуправляем

Реакцией
деления
можно
управлять

Слайд 102

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Схема зависимости

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Схема зависимости % выхода

образующихся при делении ядер урана и тория от массового числа М
Слайд 103

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Цепная ядерная

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Цепная ядерная реакция

При делении

ядер в результате их бомбардировки нейтронами выделяется энергия и образуются нейтроны деления – мгновенные (10-15 сек) и запаздывающие (0,114-54,3 сек после деления)
■ Образовавшиеся нейтроны расщепляют др. ядра, в результате образуется еще больше нейтронов и идет цепная ядерная реакция, обусловленная тем, что вместо каждого потерянного в процессе деления ядер нейтрона образуется в среднем больше, чем один нейтрон
■ Управлять цепной реакцией можно только благодаря наличию запаздывающих нейтронов
Слайд 104

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Ядерный реактор

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Ядерный реактор

Ядерный реактор –

аппарат, в котором происходит управляемый процесс деления ядер.
Для непрерывного прохождения цепной ядерной реакции деления надо компенсировать потери нейтронов – число образующихся при делении ядер нейтронов должно быть равно или больше начального количества нейтронов
Слайд 105

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Принципиальная схема

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Принципиальная схема простейшего ядерного

реактора (с массой, близкой к критической)

Коэффициент
размножения
K = ρ · f ·n,
где ρ - доля непоглощенных первичных нейтронов,
f – доля нейтронов от доли ρ, которые вызвали деление,
n- число новых нейтронов, образовавшихся при одном делении
К должен быть равен или больше 1 (но немного – до ~1,01), чтобы шла управляемая цепная реакция.
Если К=2, то произойдет атомный взрыв через 10-6 сек

Слайд 106

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Принципиальная схема

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Принципиальная схема гетерогенного ядерного

реактора

1 – урановые стержни (ТВЭЛы);
2 – замедлитель (с минимальным P и атомным весом – графит,Be);
3 – отражатель (из материалов, подобных замедлителю);
4 – защита;
5 – регулирующий стержень
(с большим P)

Слайд 107

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Принципиальная схема

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Принципиальная схема ТВЭЛа (поперечное

сечение)

1 – пруток ядерного горючего;
2 – внутренняя оболочка;
3 – внешняя оболочка;
4 – канал для теплоносителя

Слайд 108

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ УРАН Изотопный

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

УРАН Изотопный состав урана и

реакции при захвате нейтронов ядрами 238U

Изотопы урана:
234U (0,006%), 235U (0,712%), 238U (99,28%)
238U делится только быстрыми нейтронами с большой энергией. При взаимодействии с тепловыми нейтронами:
238U92 + n → 239U92 + γ
239U92 → 239Np93 + e-1
239Np93 → 239Pu94 + 0e-1
Значительного выделения энергии в этих реакциях не происходит.
238U является топливным сырьем для получения Pu.
235U является легко делящимся тепловыми нейтронами изотопом

Слайд 109

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Физические, химические

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Физические, химические свойства и

полиморфные превращения в уране

Температура плавления урана ~1132 0С.
γ (ОЦК) – модификация U стабильна при охлаждении до 764 − 775 0С.
β-фаза (сложная тетрагональная решетка) – существует в диапазоне от 7750 − 665 0С
α (ромбическая решетка) – ниже 665 0С
Переход β →α происходит с сильным уменьшением объема (плотность увеличивается с 18,1 до 19,1 г/см3), это вызывает большие внутренние напряжения
Низкая электро – и теплопроводность
(ρ = 30 мкОм⋅ см)
■ Высокая химическая активность на воздухе (вплоть до самовозгорания порошка), в воде и многих др. средах, с жидкометаллическими теплоносителями взаимодействует слабо
- Природный уран радиационно практически безопасен

Слайд 110

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Влияние температуры

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Влияние температуры на механические

свойства урана, прокатанного в γ – области с последующим быстрым охлаждением

При комнатной т-ре
у чистого (99,95%) урана σв=300-500 МПа, δ=4-10%

Слайд 111

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Изменение формы

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Изменение формы и размеров

U при облучении и ТЦО
Слайд 112

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Радиационное повреждение

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Радиационное повреждение – изменение формы

и размеров прутков ядерного горючего, повышение твердости, охрупчивание, образование пор и трещин, шероховатость поверхности

Причины радиационного «роста»:
1) смещение атомов из положений равновесия,
2) внедрение продуктов деления в кристаллическую решетку,
3) возникновение «термических пиков»,
4) анизотропия кристаллической решетки
Свеллинг – газовое распухание при высоких температурах (>400 0С) из-за образования при делении ядер ксенона и криптона

Слайд 113

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Размерная нестабильность

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Размерная нестабильность в условиях

многократных теплосмен

Наблюдается при наличии сильной текстуры, устранение текстуры устраняет формоизменение
Чем крупнее зерно, тем меньше рост, но рельефней получается поверхность
Структурные изменения: рекристаллизация, полигонизация, образование пор

Слайд 114

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Зависимость изменения

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Зависимость изменения длины уранового

стержня от числа циклов нагрева и охлаждения 100 0С ↔ 500 0С 1 – после прокатки при 300 0С и отжига при 575 0С; 2 – после прокатки при 600 0С и отжига при 575 0С; 3 – после прокатки при 600 0С и закалки из β – области

Скорость

Ск

Ск

Скорость роста падает
с ослаблением
текстурованности

Слайд 115

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Сплавы урана

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Сплавы урана

Сплавы с α-структурой

– малолегированные (10-2 % Al, Fe, Si), сплавы с Mo, Zr, Nb (до 10%) – отсутствие текстуры, мелкое зерно, дисперсные частицы
Сплавы с γ-структурой (ОЦК) с Mo, Zr, Nb (более 10%) –уменьшенное формоизменение, повышенная пластичность и коррозионная стойкость
Слайд 116

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Керамическое и

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Керамическое и дисперсионное ядерное

горючее (ЯГ)

Керамическое ЯГ – соединения U и др. радиоактивных металлов с металлоидами (O, C, N) – получают методами порошковой металлургии
Дисперсионное ЯГ – это композиты с дискретными частицами соединений радиоактивных металлов в нерадиоактивной матрице (металлической, графитовой или керамической)

Слайд 117

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Фазовая диаграмма системы U – Mo

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Фазовая диаграмма системы U

– Mo
Слайд 118

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Фазовая диаграмма системы U – Zr

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Фазовая диаграмма системы U

– Zr
Слайд 119

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Плутоний и его сплавы Полиморфизм плутония

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Плутоний и его сплавы Полиморфизм

плутония
Слайд 120

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Свойства плутония

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Свойства плутония

■ α-Pu –

еще более химически активен, чем уран,
радиационно опасен из-за α- и γ -излучения,
обладает очень большим КТР и электросопротивлением (145 мкОм.см);
-предел прочности 350-400 МПа, δ<1%.
■ δ-Pu с ГЦК-решеткой пластичен, изотропен по свойствам, имеет положительный температурный коэффициент электросопротивления и отрицательный ТКР;
■ большие объемные изменения при полиморфных превращениях;
■ невозможность использования чистого Pu в ядерных реакторах.
Слайд 121

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Салавы плутония

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Салавы плутония

Сплавы Pu c

Al (на основе Al – дисперсионное ЯГ – сл.128)
Сплавы с переходными металлами (Zr, Ce, Fe)
Сплавы Pu-U, Pu-Th и Pu-U-Mo для реакторов на быстрых нейтронах
Фиссиум – сплавы U-Pu со смесью продуктов деления (в основном Mo и Ru)
Сплавы Pu с Fe, Ni, Co с низкой Тпл для
жидкого ядерного горючего
■ Сплавы Pu c Ga – стабилизация δ-фазы сильно уменьшает объемные изменения
Слайд 122

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Температурные зависимости

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Температурные зависимости изменения длины

Pu и его сплавов с Ga
Слайд 123

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Растворимость некоторых

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Растворимость некоторых добавок в

δ − и ε − модификациях Pu
Слайд 124

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Фазовая диаграмма системы Pu – Al

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Фазовая диаграмма системы Pu

– Al
Слайд 125

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Фазовая диаграмма системы Pu – Zr

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Фазовая диаграмма системы Pu

– Zr
Слайд 126

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Фазовая диаграмма системы Pu – U

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Фазовая диаграмма системы Pu

– U
Слайд 127

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Фазовая диаграмма системы Pu – Fe

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Фазовая диаграмма системы Pu

– Fe
Слайд 128

08/06/2023 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Торий и

08/06/2023

Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“

Торий и его сплавы Реакции

превращения 232Th в 233U

232Th90 + n → 232Th90 + γ → 233Pa91 + 0e-1 → 233U92 + e
Т-ра плавления технического Th ~1690 0С.
При 1400 0С β-Th с ГЦК решеткой переходит в α-Th с ОЦК решеткой.
Плотность α- Th 11,65 г/см3,
Удельное электросопротивление 20-30 мкОм·см
КТР ~ 11,7 10-6 град-1 – в несколько раз меньше, чем у U
Имеет хорошую пластичность и изотропность свойств благодаря ГЦК решетке, но малопрочен (HV 40-80)
Высокая жаропрочность
Химическая активность ниже, чем у урана
Используется чаще всего в виде сплавов с ураном при повышенной концентрации 235U