- •Глава 1. Кристаллическое строение металлов
- •Глава 2 механические свойства металлов
- •2.1. Статические испытания
- •2.1.1.Испытания на растяжение.
- •2.2. Динамические испытания
- •2.2.1. Испытание на удар, Ударная вязкость и порог хладноломкости
- •2.2.2. Циклические испытания металлов. Кривая усталости. Предел выносливости.
- •2.2.3. Определение твёрдости
- •Глава 3. Пластическая деформация
- •3.1. Пластическая деформация. Влияние пластической деформации на свойства сталей. Явление наклёпа. Влияние наклёпа на структуру и свойства металлов. Механизмы пластической деформации.
- •3.2. Назначение рекристаллизационного отжига. Первичная и собирательная рекристаллизация. Понятие о критической степени деформации.
- •3.3. Холодная и горячая пластическая деформация.
- •Глава 4. Теория металлических сплавов
- •4.1. Основные понятия теории сплавов.
- •4.1.1. Компонент, фаза, чистые химические элементы.
- •4.1.2.Твёрдые растворы, виды твёрдых растворов. Условия образования твёрдых растворов.
- •4.1.3. Химические соединения.
- •4.2. Диаграммы фазового равновесия (диаграммы состояния)
- •4.2.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии
- •4.2.2. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью и эвтектикой
- •4.3. Связь диаграмм состояния со свойствами сплавов
- •Глава 5 железо и сплавы на его основе
- •5.1. Компоненты и фазы в системе Fe-c
- •5.2. Диаграмма состояния железо-цементит
4.3. Связь диаграмм состояния со свойствами сплавов
Рис.4.3. Связь диаграмм состояния со свойствами сплавов: а – сплавы с неограниченной растворимостью, б – сплавы с эвтектикой, в – сплавы с химическим соединением
Свойства сплавов отличаются от свойств образующих их компонентов: твердость и твердость сплавов выше, а пластичность – ниже, чем у чистых металлов.
В твёрдых растворах с неограниченной растворимостью наибольшая твердость и прочность достигается при примерно равном соотношении компонентов (Рис. 4.3а). Свойства смесей (эвтектик, эвтектоидов) изменяются по линейной зависимости (Рис. 4.3б). В сплавах с химическими соединениями при концентрации компонентов, соответствующей этому соединению, наблюдаются максимально высокие твёрдость и прочность, хрупкость, высокая температура плавления и другие особые физические свойства (Рис. 4.3в).
Глава 5 железо и сплавы на его основе
Основными сплавами на основе железа являются стали и чугуны – сплавы системы железо-углерод
5.1. Компоненты и фазы в системе Fe-c
Железо: Тпл=1539ºС, две модификации Feα c ОЦК-решёткой, а=0,286 нм, существует до 910ºС и Feγ существует в диапазоне 910..1392ºС. Железо ферромагнитно при температурах ниже 768ºС (точка Кюри).
Углерод: элемент IV группы таблицы Д.И. Менделеева, с железом образует твердые растворы внедрения и химическое соединение Fe3C.
Фазы: жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит, графит.
Феррит – твердый раствор углерода в Feα.
Аустенит – твердый раствор углерода в Feγ.
Цементит – Fe3С (6,67% С) – карбид железа, решетка сложная ромбическая, высокая твердость, хрупок, Тпл=1250˚С. Цементит - метастабильная фаза, при высокой температуре разлагается на железо и графит.
Графит – углерод в твердом состоянии. Графит – стабильная фаза, плотность - 2,5 г/см3, решетка гексагональная, слоистая, анизотропен, низкая твердость и прочность, высокая химическая стойкость. Графит присутствует в качестве самостоятельной фазы в серых чугунах
5.2. Диаграмма состояния железо-цементит
В реальных условиях охлаждения углерод в железоуглеродистых сплавах находится в метастабильной фазе в виде цементита Fe3C. Диаграмма Fe-Fe3C соответствует метастабильному равновесию системы железо-углерод.
Рис. 5.1. Диаграмма состояния железо-цементит (метастабильная)
Основные критические точки и линии диаграммы (рис. 19):
точка А – температура плавления чистого железа 1539°С;
точка D – температура плавления цементита 1250°С;
точка G – 910°С (А3) – температура полиморфного α↔γ превращения железа;
точка N – 1392°С (А4) – температура полиморфного γ↔δ превращения железа;
ABCD – линия ликвидус;
AJECF – линия солидус;
ES – линия переменной растворимости углерода в аустените;
PQ – линия переменной растворимости углерода в феррите;
точка Е – предельная растворимость углерода в аустените (2,14% С);
точка Р – предельная растворимость углерода в феррите (0,02% С);
Превращения при охлаждении сплавов:
1. Кристаллизация начинается по линии ликвидус ABCD: по линии ВС из жидкого раствора выпадают кристаллы аустенита, а по линии СD – кристаллы первичного цементита ЦI. Кристаллизация заканчивается на линии солидус AJECF.
2. Эвтектическое превращение. На линии ECF (1147°C) в точке С жидкая фаза кристаллизуется в эвтектику ледебурит – смесь двух твердых фаз, аустенита и цементита
Ж4,3%С→А2,14%С + Ц6,67%С. – ледебурит
Сплав со структурой ледебурита (4,3%С) называют эвтектическим. Сплавы с содержанием С < 4,3% называют доэвтектическими, их структура – аустенит+ледебурит. При содержании С > 4,3% – заэвтектическими со структурой ледебурит+цементит первичный.