Теория термической обработки

Микротрубочки

Электронный микроскоп выявил наличие структуры в «основном веществе» цитоплазмы, которое ранее представлялось бесструктурным. Во всех эукариотических клетках была обнаружена сеть тонких белковых нитей. Все вместе они образуют цитоскелет. Различают: микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты. Их функции связаны с внутриклеточным движением, со способностью клеток поддерживать свою форму, а также с некоторыми другими видами активности клеток, например, экзоцито и эндоцитоз. Рассмотрим только микротрубочки.

Микротрубочки содержатся почти во всех эукариотических клетках. Это полые, очень тонкие неразветвленные трубочки диаметром около 24 нм; их стенки толщиной около 5 нм построены из спирально упакованных субъединиц белка тубулина. Растут микротрубочки с одного конца путем добавления тубулиновых субъединиц. Рост может начаться только при наличии матрицы. Роль таких матриц выполняют тонкие кольцевые структуры, которые были выделены из клеток и состоят из тубулиновых субъединиц.

Микротрубочки принимают участие в различных внутриклеточных процессах. 1. Микротрубочки регулируют расхождение хромосом или хроматид, образуя «веретено деления» вначале деления ядра. 2. Участвуют в организации ресничек и жгутиков, образуя в их основании базальное тельце. Тем самым осуществляется движение клетки или перегоняется жидкость вдоль поверхности клетки. 3. В клетке идет непрерывный транспорт: перемещаются пузырьки Гольджи, движутся лизосомы, митохондрии и др. органеллы. Все это движение приостанавливается, если повреждена система микротрубочек. 4. Микротрубочки выполняют в клетке структурную роль, образуя опорную систему клетки – цитоскелет. Они способствуют определению формы клетки в процессе дифференцировки и поддержанию формы дифференцированных клеток. Животные клетки, в которых система микротрубочек повреждена, принимают сферическую форму.

5.ЗАКАЛКА БЕЗ ПОЛИМОРФНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Превращения при нагреве.

2. Кинетика распада переохлажденного раствора.

3. Механические свойства сплава, закаленного на твердый раствор

5.1. Превращения при нагреве

Закалку без полиморфных превращений можно применять к сплавам, имеющим переменную температурную растворимость одной фазы в другой. Последующее старение может привести к значительному упрочнению. Поэтому стареющие сплавы ши­роко применяют в качестве конструкционных сплавов с высо­кой прочностью. К ним относятся сплавы на основе железа, никеля, кобальта, алюминия, титана и др. Наибольшее упроч­нение сплавов достигается, когда переменную растворимость имеют химические соединения.

Рассмотрим диаграмму состояния с переменной раствори­мостью химического соединения А_mВ_n (рис. 5.1). В отожжен­ном исходном состоянии все сплавы между точками а и b имеют структуру, состоящую из α-твердого раствора и вторич­ных выделений А_mВ_n. Сплавы правее точки b состоят из α-твер­дого раствора, вторичных и первичных выделений А_mВ_n. При нагреве до температуры t₁ вторичные выделения А_mВ_n раство­ряются в α-твердом растворе. Возникает твердый раствор, со­держащий компонент В в соответствии с линией растворимости аb'. При нагреве до температуры t₁ концентрация твердого раствора сплава I соответствует точке К₁, а сплава II — точ­ке К _II. Структура сплава I — однородный твердый раствор, структура сплава II — твердый раствор с концентрацией К_II и первичные выделения А_mВ_n.

При достаточно быстром охлаждении диффузионное перераспределение элементов, необходимое для образования вторичных выделений А_mВ_n, не успевает произойти и фик­сируется высокотемпературное структурное состояние сплава (твердый раствор). При комнатной температуре твердый раствор пересыщен компонентом В и является термодинамически неустойчивым.

Следовательно, закалка без полиморфного превращения заключается в фиксации при комнатной температуре состояния, соответствующего более высокой температуре. Сплавы, имеющие концентрацию компонента левее точки b, после закалки с температуры выше линии аb' имеют однофазную структуру. Сплавы, имеющие концентрацию правее точки b, после закалки состоят из пересыщенного твер­дого раствора и первичных выделений А_mВ_n.

Нагрев под закалку деформируемых сплавов производится выше линии растворимости аb'., Длительность выдержек выбирается достаточной для полного растворения вторичных выделений А_mВ_n и получения однородного твердого раствора. Нагрев под закалку литейных сплавов осуществляется ниже эвтектической линии b'сd. Время выдержки под закалку зависит от диффузионной подвижности элементов и для различных сплавов может значительно отличаться. Температуру и время выдержки под закалку выбирают такими, чтобы получить наиболее обогащенный легирующим элементом твердый раствор. Они зависят от химического состава сплава и исходной струк­туры. Чем дисперсией избыточные фазы, тем быстрее они растворяются. Если в сплаве имеется метастабильная фаза, то она растворяется быстрее, чем стабильная.

При нагреве под закалку возможен перегрев и пережог. При повышенной температуре нагрева может происходить рост зерна. Пережог возможен в результате оплавления границ зерен и участков, обо­гащенных легирующими элементами и примесями. Может также происходить окисление границ зерен. Пережог на шлифах выявляется в виде утолщений границ зерна или пограничных выделений хрупких эвтектик. Пережог является неисправимым браком, вызывающим понижение механических свойств.

7.2. Кинетика распада переохлажденного раствора

Распад пересыщенного твердого раствора может происходить при изотермических выдержках и при непрерывном охлаждении. Поэтому для сплавов, не имеющих полиморфных превращений, можно также строить С-диаграммы. Однако полные С-диаграммы (определение начала и конца распада пересыщенного твердого раствора) строить практически нецелесообразно. Принято строить кривую начала распада пересыщенного твердого раствора. Обычно ее строят по результатам измерения какого-либо параметра (рис.5.2.), например предела прочности (кривая /), электропроводности или по появлению чувствительности к межкристаллитной коррозии (кривая 2).

Для получения пересыщенного твердого раствора необходима определенная скорость охлаждения, зависящая от устойчивости высокотемпературного раствора. Если имеются диаграммы изотермического распада, то критическая скорость закалки представляет собой касательную к области ускоренного превращения. Практически скорость закалки подбирают эксперимен­тально.

Устойчивость переохлажденного твердого раствора зависит от многих факторов: природы основы сплава, диффузионной подвижности и количества легирующих элементов, структуры сплава перед охлаждением. Поэтому скорость охлаждения для получения пересыщенного твердого раствора различных спла­вов может существенно отличаться. У никелевых жаропрочных сплавов со значительным содержанием легирующих элементов, образующих упрочняющую фазу (более 50%), даже при охлаждении в воде успевает выделиться значительное количество упрочняющей фазы.

7.3. Механические свойства сплава, закаленного на твердый раствор

Закалка на твердый раствор может приводить к некоторому повышению прочности вследствие твердорастворного упрочнения при сохранении или повышении пластичности. Степень повышения прочности сплава после закалки на твердый раствор зависит от степени легированности сплава и дисперсности второй фазы в исходном состоянии. При дисперсном состоянии второй фазы исходная прочность сплава может оказаться высокой, и закалка на твердый раствор может привести к ее уменьшению. При грубых выделениях второй фазы и значительном легировании закалка на твердый раствор приводит к повышению прочности сплава. Сплавы с концентрацией левее точки b (рис.5.1.) обычно являются деформируемыми, а правее — литейными. Если при закалке без полиморфных превращений в процессе охлаждения успевает выделиться вторая фаза, то прочность сплава может повыситься. Основным назначением закалки является получение пересыщенного твердого раствора, способного за счет процессов старения к значи­тельному упрочнению.