- •Дефекты кристаллического строения металлов.
- •4. Объёмные дефекты.
- •Фазовый состав сплавов.
- •Правило фаз (закон Гиббса) и правило определения состава и количества фаз (правило отрезков).
- •Р авновесная диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с неограниченной растворимостью.
- •Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику.
- •Компоненты и фазы в системе железо-углерод.
- •Диаграмма Fе – Fе3с. Основные области и линии
- •Фазы и структуры углеродистых сталей в твердом состоянии.
- •Разновидности чугунов и их свойства.
- •Основные цели термической обработки металлических сплавов.
- •Отжиг 1 -го рода для уменьшения напряженней
- •Рекристаллизационный отжиг. Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла.
- •Отжиг 2-го рода. Фазовые превращения при нагреве сталей.
- •Аустенитное зерно.
- •Превращение (распад) аустенита при медленном охлаждении.
- •Диаграмма изотермического распада аустенита эвтектоидной стали.
- •Термокинетическая диаграмма распада аустенита (непрерывное охлаждение),
- •Отжиг 2-го рода доэвтектоидных сталей.
- •Сфероидизирующий отжиг заэвтектоидных сталей (инструментальный).
- •Закалка сталей. Условия проведения закалки.
- •Мартенсит. Изменение свойств при закалке на мартенсит.
- •Температуры мартенситного превращения
- •Изменение свойств стали при закалке на мартенсит
- •Способы закалки. Дефекты закалки
- •Бейнитное превращение. Механические свойства стали с бейнитной структурой.
- •Отпуск закаленных сталей, его параметры.
- •Структура и свойства отпущенной при разных температурах стали.
- •Прокаливаемость стали. Влияние прокаливаемости на свойства стали.
- •Химико-термическая обработка сталей и ее назначение. Основные методы насыщения и стадии хто.
- •Цементация сталей. Механизм образования, строение и свойства цементованного слоя.
- •Способы цементации.
- •Термическая обработка цементованных изделий.
- •Контроль качества цементованных изделий.
- •Нитроцементация и цианирование. Особенности совместной диффузии в стали с и n.
- •Структура и свойства нитроцементованного слоя. Дефекты нитроцементации.
- •Азотирование стали. Формирование диффузионного слоя и его строение.
- •Легированные стали. Цели легирования. Маркировка.
- •Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение железа. Фазы в легированной стали.
- •В свободном состоянии.
- •В форме растворов в железе.
- •Влияние легирующих элементов на превращения в сталях.
- •Классификация легированных сталей.
- •Машиностроительные (конструкционные) стали.
- •Требования предъявляемые к подшипникам. Классификация подшипниковых сталей.
- •Улучшаемые конструкционные легированные стали.
- •Пружинные конструкционные стали.
- •Высокопрочные конструкционные стали.
- •Износостойкая аустенитная сталь.
- •С тали для строительных конструкций.
- •Дефекты легированных сталей.
- •Коррозионностойкие стали ферритного, мартенситного и аустенитного класса.
- •Инструментальные материалы. Стали для режущего инстумента.
- •Быстрорежущие стали. Термическая обработка быстрорежущих сталей.
- •Спеченные твердые сплавы.
- •Стали для измерительных инструментов.
- •Штамповые стали.
- •Полиморфизм металлов.
- •54.Постоянные примеси сталей
- •56. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость.
- •57. Классификация алюминиевых сплавов.
- •58. Деформируемые алюминиевые сплавы и их термическая обработка.
- •59. Литейные и ковочные алюминиевые сплавы.
- •60. Спеченные алюминиевые сплавы.
- •61. Титан и его сплавы. Термическая обработка титановых сплавов.
- •62. Медь и её сплавы. Общая характеристика и классификация медных сплавов.
- •63. Бронзы – состав, свойства.
- •64. Латуни – состав, свойства.
- •65. Характеристика и классификация композиционных материалов.
Полиморфизм металлов.
Некоторые металлы, например, железо, титан, олово и др. способны по достижении определенных температур изменять кристаллическое строение, т. е. изменять тип элементарной ячейки своей кристаллической решетки. Это явление получило название аллотропии или полиморфизма, а сами переходы от одного кристаллического строения к другому называются аллотропическими или полиморфными.
В интервале температур 911-1392оC железо имеет решетку ГЦК, так как при этом его свободная энергия меньше. При t<911°С и t>1392°С, у него должна быть решетка ОЦК, обладающая меньшей свободной энергией.
Разные аллотропические формы металлов обозначаются буквами греческого алфавита, при этом низкотемпературные модификации обозначаются буквой a, а последующие в порядке роста температур - буквами b, g ,d и т. д. Аллотропическими формами железа являются: до 911°С - альфа-железо (a-Fe), имеющее ОЦК-решетку, от 911°С до 1392 °С -гамма-железо (g -Fe) с решеткой ГЦК и от 1392°С до 1539 °С т. е. до температуры плавления - снова a-Fe с решеткой OЦK, однако, чтобы отличить его от низкотемпературной модификации, его принято называть дельта-железом (d -Fе).
Известное в практике так называемое немагнитное бета-железо (b -Fe) самостоятельной аллотропической формой не является, так как имеет такую же, как у a-Fe ОЦК-решетку и отличается от него только отсутствием магнитных свойств, которые оно теряет при 768°С (точка Кюри).
54.Постоянные примеси сталей
Постоянные примеси в углеродистых сталях это: марганец, кремний, сера, фосфор.
Марганец и кремний – полезные примеси. Их вводят в процессе плавки для раскисления, т.е. , или . Оксиды марганца (MnO) могут оставаться в сплаве, а могут выводиться из него. В углеродистых сталях в окончательном варианте марганца может быть до 0,8%. В твёрдом состоянии марганец растворяется в феррите, упрочняет феррит, повышает прокаливаемость стали и уменьшает вредное влияние серы.
Сера присутствует в стали в виде . FeS и MnS могут образовывать эвтектику с Fe: . Сера может входить в MnS и тогда это в меньшей степени влияет на свойства стали. Вредное влияние серы: сера снижает пластичность и вязкость, она не растворяется в стали и может писутствовать в виде FeS и образовывать легкоплавкую эвтектику или в виде MnS с температурой плавления 1620С. FeS, MnS – сульфиты, неметаллические включения, поэтому их должно быть как можно меньше.
Кремний – полезная примесь. Применяется для раскисления. Растворяется в феррите и упрочняет его. В сталях кремния содержиться до 0,4%.
Фосфор – вредная примесь. Источником фосфора (как и сера) является руда, применяемая для производства сталей. Фосфор может растворяться в феррите до 1,2% уменьшая пластичность, так как он существенно отличается от железа по типу кристаллической решётки, диаметру атомов и их строению. Так же фосфор способствует охрупчиванию стали, располагаясь вблизи границ зёрен.
Скрытые примеси – азот, кислород и водород. Могут находиться в виде твёрдого раствора в феррите или могут образовывать химические соединения (нитриды, оксиды). Так же могут присутствовать в свободном состоянии в порах металла. Кислород и азот мало растворимы в феррите и они загрязняют сталь хрупкими неметаллическими включениями. Водород находится в твёрдом растворе и особенно сильно охрупчивает сталь. Повышение содержания водорода, особенно в хромистых и хромоникелевых сталях приводит к образованию внутренних трещин в шлифе: (см рисунок).
55. Охарактеризовать структуру стали 40 в литом, горячекатаном, отожженном, нормализованном, закаленном, закаленном и отпущенном при 500°С состоянии.
Сталь 40 относится к классу конструкционных углеродистых качественных сталей. Доэвтектоидная сталь. Такие стали поставляются в горячекатаном, кованном, термически-обработанном состоянии. Механические свойства приводятся в состояние нормализации. Обладает большой прочностью и пластичностью, применяется для изготовления деталей машин. Структура феррит и перлит.
Полный отжиг проводится для доэвтектоидных сталей. Нагрев при полном отжиге ведётся при температуре выше АС3 на 30°..50°С. При таком нагреве происходит полная перекристаллизация исходной структуры, и получается аустенит. Охлаждение медленное. Для углеродистых сталей - 100°..200°С в час. Вместо полного отжига часто проводят изотермический отжиг: нагрев как и для полного отжига (выше АС3 на 30°..50°), а деле изделие переносят в печь, имеющую температуру ниже А1, и даётся выдержка при данной температуре для полного распада аустенита. Далее – охлаждение на воздухе.
После изотермического отжига: Получается более однородная структура и более однородная твёрдость.
Н ормализация сталей.
Параметры нормализации:
нагрев выше линии GSE на 30°..50° для получения аустенита
выдержка для завершения всех превращений
условие охлаждения: скорость охлаждения более высокая, чем при отжиге (на воздухе). После охлаждения из аустенита получаем феррито-цементитные или феррито-карбидные смеси.
Д ля доэвтектоидных – феррито-перлитная структура, но есть некоторые отличия (нежели при отжиге): структура феррита более дисперсная. Этот перлит называется квазиэвтектоидным.
Закалка заключается в нагреве сталей выше температуры АС3 для доэвтектоидных сталей. Выдержки при этой температуре для завершения фазовых превращений и последующем охлаждении со скоростью выше критической, в результате образуется структура – мартенсит, которая обладает относительно высокой твёрдостью и небольшой пластичностью и вязкостью.
Полная закалка предполагает нагрев выше линии GSE на 30-50°С. Неполная закалка – нагрев выше линии PSK (AC1) (на 30-50°С). Для доэвтектоидных сталей: .
Е сли доэвтектоидную сталь нагреем выше АС1, то получим: . В таком случае структура не благоприятна, так как мы получаем разнородную структуру. Поэтому такая закалка не производится.
Дефекты доэвтектоидной стали. Нагрев до точки 3. В точке 1 – Ф + П. В точке 2 – . Т.о. при недогреве снижаются прочностные и пластические свойства. В точке 3 – . В точке 4 – и получается очень большое аустенитное зерно, при охлаждении получеам крупноигольчатый грубопластинчатый мартенсит. Перегрев ведёт к понижению пластичной вязкости.
Отпуск: эту операцию проводят всегда после закалки, температура нагрева не превышает температуру А1 (727°С), время выдержки, скорость охлаждения. Цель отпуска:
- получить необходимую структуру и свойство для конкретной детали
- снижение уровня напряжений после закалки
После закалки основная структура состоит из мартенсита + остаточный аустенит, и обязательно изделия имеют высокий уровень остаточных напряжений. Изменения в структуре:
- распад мартенсита с выделением карбидов
- распад остаточного аустенита (если он есть)
- уменьшение плотности дефектов кристаллического строения твёрдого раствора и уменьшения остаточных напряжений
Механические свойства стали после отпуска
Твёрдость отпущенной стали снижается в результате нескольких процессов:
- уменьшение степени тетрагональности мартенсита
- уменьшение фазового наклёпа
- образование и укрепление карбидов
Переход остаточного аустенита в мартенсит отпуска увеличивает твёрдость.
Предел прочности по мере увеличения температуры отпуска уменьшается. Пластические характеристики δи ψпосле закалки стремятся к нулю. По мере увеличения температуры отпуска и δи ψвозрастают. Высокотемпературный отпуск применяется для деталей, которые должны обладать высокими показателями пластичности, ударной вязкости (KCV), и так же достаточной прочностью.