Dislokaatiot - pikauusinta



Samankaltaiset tiedostot
Binäärinen tasapaino, ei täyttä liukoisuutta

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt

Tärkeitä tasapainopisteitä

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Deformaatio. Kiteen teoreettinen lujuus: Todelliset lujuudet lähempänä. σ E/8. σ E/1000

Faasialueiden nimeäminen/tunnistaminen (eutek1sessa) tasapainopiirroksessa yleises1

Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 3

Metallit jaksollisessa järjestelmässä

Rauta-hiili tasapainopiirros

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Korkealämpötilakemia

Metallurgian perusteita

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 1. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikka

Metallit

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta

Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Raimo Ruoppa

Hakemisto. C CCT-käyrä... ks. S-käyrä CVD-pinnoitus...ks. kaasufaasipinnoitus

Fe - Nb - C ja hienoraeteräkset

Tina-vismutti juotosmetallin binäärinen seos Tekijä: Lassi Vuorela Yhteystiedot:

Sulamisen ja jähmettymisen tarkastelu faasipiirroksia hyödyntäen

CHEM-C2400 MATERIAALIT SIDOKSESTA RAKENTEESEEN (5 op) Laskuharjoitus 1

Keskinopea jäähtyminen: A => Bainiitti

Valurauta ja valuteräs

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 2

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Raerajalujittuminen LPK / Oulun yliopisto

Alieutektoidisen teräksen normalisointi

Luento 2. Kon Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto

Terästen lämpökäsittelyn perusteita

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

Tina-vismutti seos juotosmetallina

Tina-vismutti -juotosmetallin binäärinen seos

Mak Materiaalitieteen perusteet

Kokillivalu (Permanent mold casting) Jotain valimistusmenetelmiä. Painevalu (Diecasting) Painevalu

Esitiedot. Valuraudat. Esitiedot. Esitiedot

Metallit

Jotain valimistusmenetelmiä

Puhtaat aineet ja seokset

Makroskooppinen approksimaatio

Kupari ja kuparimetallit.

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Ultralujien terästen hitsausmetallurgia

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 2. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikan laitos

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Lujat termomekaanisesti valssatut teräkset

Metalliseokset. Alumiiniseokset. ValuAtlas Suunnittelijan perusopas Seija Meskanen, Tuula Höök

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Kon Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset

Mak Sovellettu materiaalitiede

Fysikaaliset ominaisuudet

Korkealämpötilakemia

Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan?

Luento 2 Martensiitti- ja bainiittireaktio

Sulametallurgia (Secondary steelmaking)

Metallit

Teräkset Kon kurssi Tekn. tri Kari Blomster LÄMPÖKÄSITTELY KARKAISUT Karkaisu ja päästö

KOVAJUOTTEET Somotec Oy. fosforikupari. hopea. messinki. alumiini. juoksutteet.

Chem-C2400 Luento 4: Kidevirheet Ville Jokinen

Faasipiirrokset, osa 3 Ternääristen ja monikomponenttipiirrosten tulkinta

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

kuonasula metallisula Avoin Suljettu Eristetty S / Korkealämpötilakemia Termodynamiikan peruskäsitteitä

Esipuhe. Helsingissä heinäkuussa 2004 Lämpökäsittelyn toimialaryhmä Teknologiateollisuus ry

Korkealämpötilakemia

LUKU 16 KEMIALLINEN JA FAASITASAPAINO

Luku 4: Hilaviat. Käsiteltäviä aiheita. Mitkä ovat jähmettymismekanismit? Millaisia virheitä kiinteissä aineissa on?

PRONSSISEOKSET AIHIOT JA LIUKULAAKERIT

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

Kaasu Neste Kiinteä aine Plasma

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Joitain materiaaleja Kriittinen lämpötila

Kon Harjoitus 8: Ruostumattomat teräkset. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko klo Termodynamiikan käsitteitä

Sinkki. Esitiedot. Yleistä. Yleistä

Esitiedot. Mikä periaattellinen ero on 4% ja 8% alumiinia sisältävien sinkkiseosten välillä?

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko

Kemian syventävät kurssit

Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin

Ellinghamin diagrammit

Ilmiö 7-9 Kemia OPS 2016

TERÄKSEN KÄYTTÄYTYMINEN ÄÄRIOLOSUHTEISSA.

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

TEOBAL Teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen ballistisissa suojamateriaaleissa

Tuomas Laakko FOSFATOIDUN TERÄSLANGAN VASTUSHITSAUS

Alikuoret eli orbitaalit

Luento 5 Hiiliteräkset

RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET

Metallit

Luento 11 Lujien terästen kehitystrendit

Lovilujittuminen. Lovessa kolmiaksiaalinen jännitystila Lovessa materiaali käyttäytyy kuin se*olisi lujempi

Sähkökemian perusteita, osa 1

Jos kahdella aineella on eri sidosrakenne, mutta sama molekyylikaava, kutsutaan niitä isomeereiksi.

Pehmeä magneettiset materiaalit

Teräslajit. Huom. FeP01-06 = DC01-06

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Luento 3. Kon Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto

Transkriptio:

Dislokaatiot - pikauusinta

Ilman dislokaatioita Kiteen teoreettinen lujuus ~ E/8

Dislokaatiot mahdollistavat deformaation Kaikkien atomisidosten ei tarvitse murtua kerralla Dislokaatio etenee rakeen läpi välittäen pienen siirtymän Monta dislokaatiota => iso deformaatio 3

... mutta mikä estää dislokaatioita liikkumasta Miksei deformaatio jatku pienellä jännityksellä? X Jännitys (MPa) X Venymä (µm/m) 4

Erilliskiteessä Aluksi dislokaatiot saavat liikkua vapaasti Lopulta jännityssuunta kääntyy ja dislokaatiot vaikeuttavat toistensa liikettä Jännitys (MPa) X X X Venymä (µm/m) 5

Monikiteinen materiaali Dislokaatiot joutuvat välittömästä liikkumaan toistensa lomaan Materiaalissa jo runsaasti dislokaatiota takertuneina toisiinsa ja raerajoille Materiaaliin aiheutettu liuosatomeja, erkaumia jne. dislokaatioiden liikkeen vaikeuttamiseksi Jännitys (MPa) X Venymä (µm/m) X X 6

Siis: Dislokaatiot mahdollistavat deformaation pienellä jännityksellä Dislokaatioiden liikkeen vaatima jännitys määrittää lujuuden Vaikeuttamalla dislokaatioiden liikettä, saadaan lujutta lisättyä (samalla muodonmuutoskyky vähenee) 7

Tasapainopiirrokset

Puhtaan metallin jähmettyminen

Puhtaalla metallilla on sulamispiste Puhtailla alkuaineilla on sulamispiste: lämpötila, jossa sula ja kiinteä ovat tasapainossa energian siirtyminen => jähmeän aineen määrä jähmettyminen vapauttaa energiaa Metallit kutistuvat jähmettyessään (pl. harvat poikkeukset)

- 11

Jäähtyminen jähmettyminen - jäähtyminen Sula luovuttaa energiaa jäähtyy kiinteä tulee tasapainoon kiinteän osuus lisääntyy kokonaan kiinteä jäähtyminen voi jatkua 12

Kiteet Jähmettyminen alkaa muotin reunasta lämpötila ydintymispaikka useita kiteitä kasvaa pylväinä metalliin pylväsmäiset kiteet mudostavat sularintaman 13

Faasit Faasit ovat "läsnäolevia olomuotoja" sula vs. kiinteä eri kidemuodot eri rakenteet Saman faasin sisällä voi olla koostumuseroja 14

Faasit

Alijäähtyminen Tasapainossa ajava voima 0 Alijäähtyminen lisää ajavaa voimaa (vapautuvaa energiaa) Alijäähtyminen lisääntyy jos kiteytyminen vaikeaa jäähtyminen nopeaa 16

Joillain metalleilla useita kidemuotoja Kidemuoto vaihtuu kiinteässä tilassa Faasimuutos vapauttaa energiaa 17

Ei-puhtaat metallit Metallit liuottavat itseensä toisia metalleja epämetalleja Liukoisuus vaihtelee Korvaus- tai välisija-atomeina Seos- ja epäpuhtausaineet vaikuttavat sulamispisteeseen jähmettymiseen olomuotoihin 18

Metalliseokset Metallit liukenevat toisiinsa Liukoisuus voi olla aukoton (kaikissa suhteissa) rajallinen (eri faaseja) Monimutkaisissa seoksissa Joukko erilaisia faaseja Tasapainon mukaiset faasit riippuvat lämpötilasta ja koostumuksesta Tasapainossa yksi tai useampia faaseja 19

Tasapainopiirros

Miksi faasirakenne on tärkeä? Faasirakenne vaikuttaa merkittävästi ominaisuuksiin Faasirakenne syntyy jähmettymisessä kiinteän tilan faasimuutoksissa Faasirakennetta voidaan manipuloida Koostumuksella Lämpökäsittelyllä jne.

"Metallioppi" Metallien valmistus Valutuotetekniikka Lämpökäsittelytekniikka Seoskehitys 22

Tasapainopiirros Kuvaa termodynaamista tasapainotilaa, jota materiaali ei koskaan saavuta, lämpötilan ja koostumuksen funktiona 23

Binäärinen tasapainopiirros Kaksi alkuainetta (esim Cu-Ag, Ag-Au) Alkuaineet liukenevat toisiinsa jossain suhteessa 24

Binäärinen tasapaino, täysi liukoisuus Kiinteät faasit kreikkalaisilla aakkosilla L = sula Alkuaineilla sulamispiste Seoksilla puuroalue

Binäärinen tasapaino, täysi liukoisuus Faasin α koostumus muuttuu Yksi sula faasi, ja yksi kiinteä faasi

Jähmettymisen alkaessa 1) sula 2) jähmettyminen alkaa (jähmeä osuus 0%) 3) jähmeän osuus kasvaa 4) loppusula jähmettyy 5) jähmeän osuus 100% 27

Jähmettymisen alkaessa 1) sula 2) jähmettyminen alkaa (jähmeä osuus 0%) 3) jähmeän osuus n. 50% 4) loppusula jähmettyy 5) jähmeän osuus 100% 28

Jähmettyessä lämpötila laskee Tasapainon mukainen sulaosuus muuttuu lämpötilan mukana Puuroalue 29

Faasien koostumukset muuttuvat 1) sulan koostumus = seoksen koostumus 2) 1. kiteen koostumus viivalla => sula köyhtyy A:sta 3) jähmeän faasin ja sulan tasapainokoostumus muuttuu 4) loppusula jähmettyy 5) jähmeän osuus 100% 30

Aineeseen jää koostumusmuutoksia 1) sulan koostumus = seoksen koostumus 2) 1. kiteen koostumus viivalla => sula köyhtyy A:sta 3) jähmeän faasin ja sulan tasapainokoostumus muuttuu 4) jähmeän osuus 100% 5) jähmeän osuus 100% 31

Vipusääntö Alkuaineiden atomit jakautuvat faaseihin Faasien koostumukset tunnetaan Faasien osuudet määräytyvät vipusäännöllä 32

Tasapaino vs. tosielämä Tasapainon mukaan faasien koostumukset tasaisia Todellisuudessa koostumukset eivät ennätä tasaantua tasapainossa erilliskiteitä todellisuudessa monia kiteitä tasapainossa sulan koostumus seuraa likvidusta todellisuudessa sulan koostumus jää jälkeen kiinteiden faasien koostumus seuraa solidusta kiinteiden faasien koostumus lähes jähmettymishetken koostumus 33

Kuinka kaukana tasapainosta? Mitä nopeammin lämpötila muuttuu sitä kauempana tasapainosta ollaan pienempiä kiteitä suurempia koostumuseroja Mitä matalammassa lämpötilassa ollaan, sitä hitaampaa on diffuusio 34

Binäärinen tasapaino, ei täyttä liukoisuutta

Binäärinen tasapaino Kiinteässä tilassa koostumuksesta riippuen kahta faasia Eutektisella koostumuksella ei puuroaluetta Faasiosuudet muuttuvat koostumuksen mukana 36

Binäärinen tasapaino 1) sula 2) β jähmettyminen alkaa 3) β osuus kasvaa 4) loppusula jähmettyy α+β => alkuaineiden tulee jakaantua nopeasti A-valtaisen ja B-valtaisen faasin välillä 37

Binäärinen tasapaino 1) sula 2) β jähmettyminen alkaa 3) β osuus kasvaa 4) loppusula jähmettyy α+β => alkuaineiden tulee jakaantua nopeasti A-valtaisen ja B-valtaisen faasin välillä 38

Eutektikumin jähmettyminen Alkuainet valitsevat puolensa Kilpailevana kiteiden energia vs. valikoivan jähmettymisen nopeus Tuloksena lamellimainen rakenne Lamellietäisyys riippuu jähmettymisnopeudesta sularintama kasvaa α A β B A B A B L L L 39

40

Eutektinen piste Eutektisella koostumuksella sula jähmettyy yhdessä lämpötilassa 41

Eutektinen jähmettyminen 1) sula 2) sula jähmettyy α+β => alkuaineiden tulee jakaantua nopeasti A-valtaisen ja B-valtaisen faasin välillä 42

Kiinteän tilan faasimuutos Jos jähmettyminen käy täyden liukoisuuden alueella: 1) sula 2) α alkaa jähmettyä 3) kokonaan kiinteä α 4) kokonaan kiinteä α 5) β tulee tasapainoon 6) β osuus kasvaa 43

Kiinteän tilan faasimuutos Jos jähmettyminen käy täyden liukoisuuden alueella: 1) sula 2) α alkaa jähmettyä 3) kokonaan kiinteä α 4) kokonaan kiinteä α 5) β tulee tasapainoon 6) β osuus kasvaa 44

Alijäähtyminen Reaktio edellyttää vapautuvaa energiaa (ajava voima) Mitä suurempi alijäähtyminen, sitä suurempi ajava voima Jähmettyvä materiaali työntää edellään koostumushuippua työntää edellään jähmettymisestä lämmennyttä sulaa Tarvitaan alijäähtymistä 45

Dendriitit Suuri alijäähtyminen Voimakkaat koostumuserot 46

Kiinteän tilan muutokset Joillain metalleilla tasapainon mukainen faasi muuttuu lämpötilan funktiona "polymorfia" Kiinteän tilan faasimuutoksissa diffuusio on rajoitetumpaa Faasimuutoksiin liittyy tilavuusmuutoksia Faasimuutos fapauttaa energiaa 47

Rauta-hiili tasapaino 48

Austeniitin hajaantuminen Austeniitti liuottaa hiiltä ennemmän kuin ferriitti Lämpötilan laskiessa austeniitti tulee epästabiiliksi Austeniitti jakautuu ferriitiksi ja sementiitiksi Perliitti muutosrintama siirtyy α Fe ɣ Fe 3 C C Austeniitti 49

Perliitti 50

Esimerkkejä monimutkaisista tasapainopiirroksista Esimerkki Cu-seokset: Messingit Pronssit Hanat Laakerit Jouset 51

Cu-Zn 52

Messingit Kaupallisia messinkejä: - 5% Zn - 10% Zn - 15 % Zn - 20 % Zn - 40% (munzin metalli) 53

Cu + 20%-Zn Yksi faasi 54

Cu + 40%-Zn Kaksifaasirakenne 55

Alumiinipronssi 56

Cu + 10%-Al Jähmettyy ensin β Loppu α+β Monia faaseja tasapainossa eri koostumuksilla ja lämpötiloissa 57

Cu + 10% Al Kaksifaasirakenne Beta + eutektoidi Laakerit, hammaspyörät, korroosiokestoa vaativat kohteet 58

Lämpökäsittely

Lämpökäsittely Metallit ovat metastabiileja Lämpötilan nosto siirtää rakennetta kohti tasapainotilaa Dislokaatiotiheys pienenee Rakeet kasvavat Liukoisuus kasvaa Kontrolloidulla jäähdytyksellä saadaan tila kauemmas tasapainotilasta 60

Lämpökäsittely - työkalut Diffuusionopeus kasvaa lämpötilan noustessa Eri faasit ovat stabiileja eri lämpötiloissa Lämpötilaa kontrolloidusti nostamalla ja laskemalla voidaan muuttaa mikrorakennetta ja siten mekaanisia ominaisuuksia 61

Erkautuskarkaisu Korkeassa lämpötilassa seosaineet liuotetaan Nopealla jäähdytyksellä seosaineet jäävät liuokseen Kontrolloitu hehkutus erkauttaa paljon pieniä erkaumia

Duralumiini Seostetaan pieniä määriä kuparia Liuotetaan korkeasssa lämpötilassa Jäähdytetään nopeasti Erkautetaan hallitusti 63

Normalisointi Teräksellä raekoon pienentämiseksi 64

Normalisointi 65