- •С. В. Сапунов
- •1.2. Мировое производство материалов
- •1.2.1. Черные и цветные металлы
- •1.2.2. Преимущества и недостатки стали
- •1.2.3. Принципы маркировки и сортамент материалов
- •Обозначения стали 45
- •1.3. Строение металлов
- •1.3.1. Основные типы кристаллических решеток
- •1.3.2. Дефекты в кристаллах
- •1.4. Строение металлического слитка
- •1.5. Деформация и разрушение металлов
- •1.6. Возврат и рекристаллизация
- •1.6.1. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •1.7. Механические свойства материалов
- •1.7.1. Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •1.7.2. Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3. Определение твердости по Виккерсу
- •1.7.3. Определение ударной вязкости при изгибе
- •1.8. Полиморфные превращения
- •1.9. Строение сплавов
- •1.10. Диаграмма состояния железо – цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •1.11. Железо и сплавы на его основе
- •1.12. Легирующие элементы в стали
- •1.12.1. Структурные классы легированных сталей
- •1.12.2. Цели легирования
- •Раздел 2 управление свойствами металлов и сплавов
- •2.1. Термическая обработка
- •2.1.1. Отжиг
- •2.1.2. Закалка и отпуск
- •2.1.3. Старение сплавов
- •2.2. Термомеханическая обработка
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •2.3. Деформационное упрочнение
- •2.4. Химико-термическая обработка
- •Раздел 3 промышленные материалы
- •3.1. Классификация сталей
- •3.2. Конструкционные стали и сплавы
- •3.2.1. Углеродистые стали
- •3.2.2. Легированные стали
- •3.2.3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •3.3. Инструментальные стали и сплавы
- •3.4. Чугуны
- •3.5. Магний и сплавы на его основе
- •3.6. Алюминий и сплавы на его основе
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •3.7. Титан и сплавы на его основе
- •3.8. Медь и сплавы на ее основе
- •3.9. Тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.10. Антифрикционные материалы
- •3.11. Полимеры и пластмассы
- •3.12. Композиционные материалы
- •Библиографический список
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Содержание
1.4. Строение металлического слитка
На металлургических предприятиях жидкий металл обычно заливают в изложницы, в результате чего образуется слиток массой в десятки-сотни тонн.
Рис.
1.7. Строение металлического слитка
После завершения кристаллизации внутри слитка (рис. 1.7) можно выделить четыре зоны: мелкие равноосные кристаллы, образующиеся в результате быстрого охлаждения металла на холодной стенке изложницы (1); крупные вытянутые кристаллы, образующиеся в направлении отвода тепла, перпендикулярно стенкам изложницы (2); крупные равноосные кристаллы, образующиеся при замедлении скорости охлаждения внутри слитка (3); усадочную раковину (4), образующуюся вверху слитка в результате сокращения линейных размеров металла при охлаждении. Зону с усадочной раковиной отрезают автогеном от слитка и направляют на повторную переплавку, так как в ней концентрируются газовые пузыри, неметаллические примеси, шлаки и т. д.
После охлаждения слиток имеет неоднородное крупнокристаллическое строение и довольно низкие и неоднородные по объему механические свойства. Установлено, что чем крупнее зерно, тем ниже механические свойства. Поэтому металлурги борются за снижение величины зерна путем введения в расплав специальных присадок, служащих центрами кристаллизации; регулированием скорости охлаждения слитка; а также проведением интенсивной пластической деформации (ковка, прокатка) и рекристаллизации.
1.5. Деформация и разрушение металлов
При приложении к твердому телу усилий происходит его деформация – изменение формы, обусловленное отклонением атомов от равновесного положения.
Е
Рис.
1.8. Схема деформирования металла
при растяжении:
а
и б
– участки упругой и пластическойдеформации,×– разрушение
Если при внешнем нагружении напряжения достигают критической величины, то деформация становится пластической вследствие интенсивного размножения и движения дислокаций. После снятия нагрузки тело не восстанавливает свою форму и размеры. По мере развития пластической деформации металл наклепывается. Под наклепом понимают совокупность изменений структуры и связанных с ними изменений свойств, вызванных пластической деформацией металла.
При достаточно большой степени деформации все зерна становятся напряженными; равноосные до деформации зерна поликристаллических металлов вытягиваются, образуя волокнистую структуру (рис. 1.9). Количество дефектов кристаллической решетки, и прежде всего дислокаций, возрастает на несколько порядков (см. рис. 1.6). Внутри зерен за счет роста числа дислокаций происходит интенсивное образование малоугловых границ и увеличение углов разориентировки субзерен. При большой степени деформации возникает преимущественная ориентация решеток зерен – текстура деформации, проявляющаяся в анизотропии свойств деформированных поликристаллических металлов.
С увеличением степени деформации увеличиваются твердость, предел текучести, электросопротивление, коэрцитивная сила и др.; уменьшаются пластичность, вязкость, коррозионная стойкость, магнитная проницаемость и др.
Рис. 1.9. Изменение формы зерен в результате деформации:
а– до деформации;б– после деформации
При дальнейшем увеличении приложенных напряжений процесс деформации заканчивается разрушением, которое может быть вязким или хрупким. Вязкое разрушение происходит после значительной пластической деформации; сопровождается поглощением большого количества энергии; проходит по телу зерен; имеет волокнистый, матовый излом. Хрупкое разрушение имеет малую энергоемкость; деформация мала и носит в основном упругий характер; излом светлый, грубокристаллический.