20.Упругая и пластическая деформация. Механизмы пластической деформации

Упругая деформация характеризуется двумя модулями: модуль Гука (модуль нормальной упругости) и модуль Юнга (модуль касательной упругости). В модуле Гука атомы стремятся по нормали, во втором случае – по касательной.

Пластическая деформация может проходить по двум механизмам: скольжения и двойникования.

21. Горячая деформация слитка.Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства металла.

Гор. деф. провод-ся при тем-рах выше тем-ры рекристаллиз. При горячей деф. наклёп не происходит поскольку этот наклёп сразу устраняется рекристаллизацией.

Тем-ра рекристаллиз. для чистых металлов м.б. рассчитана исходя из соотношения предложенного Бочваром А.А.: Tp=a*Tпл , а=0,2…0,6.

Чем мельче зерно, тем выше механические св-ва. Чем крупнее зерно, тем ниже мех-кие св-ва, но выше магн. или электр. св-ва. Поэтому, например, трансформаторную сталь после холодной деф-ции подвергают рекрист. отжигу с тем, чтобы как можно больший размер зерна можно было получить.

23.Компоненты,фазы и структурные составляющие в системе Fe-c (Fe-Fe3c)

2 компонента Fe и C

Фазы: 1)жидкость 2)феррит 3)аустенит 4)цементит 5)графит 6) перлит (Ф +Ц) 7) ледебурит(А+Ц)

4 вида цементита Fe3C:

1)первичный(из жидк) 2)вторичный (из аустенита) 3)третичный (из феррита) 4) цементит ледебурита 5) цементит перлита

При переходе через линию РСК превращ аустенита в перлит.

26. Примеси в стали и влияние их на свойства стали.

Если в стали нет др элементов кроме С и примесей- углеродистая сталь.

В сталях есть сера, азот , водород, кослород и случайные примеси(медь, мышьяк)

Сера с железом образуют сульфид железа ,который с железом образует эвиектику, располагающуюся по границам зерен и плавящуюся при темп 980град. Сталь теряет резко прочность- красноломкость,поэтому в сталях не допуск содержание серы более 0.035%. Но иногда содерж серы 0.06%, она улучшает шлифуемость стали.

Фосфор образует с железом фосфид железа, который с железом образует эвтектику, располагающуюся по границам зерен и она охрупчивает сталь при низких темп.- хладноломкость.

Кремний и фосфор. Забирают у закиси железа серу, т.к. они имеют большие сродства.

2. Скрытые примеси - газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.Азот и кислород находятся в стали в виде хрупких неметаллических включений: оксидов (FeO, SiO2, Al2O3 ) нитридов (Fe 2N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах . Охрупчивают сталь.

3. Специальные примеси – специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали - легированные сталями.

27. Классификация сталей по содержанию углерода,назначению и качеству.

Все сплавы делятся на 3 группы: 1)техническое железо(0-0.025).структура феррид 2) стали(0.025-2.14) 3) чугуны(правее Е)

Стали: 1)доэвтектоидные (0.025- 0.8) в структуре феррид и перлит. 2) эвтектоидные (0.8) чистая перлитная структура

3) заэвтектоидные (0.8-2.14) структура феррид +цементит вторичный

Классификация сталей по качеству:Стали обыкновенного кач-ва(0.035). Дешевые стали, в них допускается повышенное содержание вредных примесей, а также загрязненность неметаллическими включениями . Стали обыкн. кач-ва выпускают в виде проката (балки, прутки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.д.), а также поковок.Ст 0,1,2,3(номер стали)

Качественные (0.03). КП05,08,10,15 (содержание углерода в сотых долях %)

По назначению: 1) конструкционные(для изготовления разл конструкций в машиностроении и строительстве) У7,8(сожерж С в десятых долях%) 2) инструментальные(в неответственных инструментах)

28. Классификация чугунов. Влияние формы выделений графита на свойства чугуна.

Сплав железа с углеродом (>2,14 % С) называют чугуном. . Углерод в чугуне может находиться в виде цементита или гра­фита, или одновременно в виде цементита и графита. Поэтому чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита, называют белым. Графит придает излому чугуна серый цвет, поэтому чугун называют серым. В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие чугуны: серый, высокопрочный и ковкий. 1. Серый чугун (технический) представляет собой, по существу, сплав Fe—Si—С, содержащий в качестве постоянных примесей Mn, P и S. В структуре серых чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита . В зависимости от содержания углерода, связанного в цемен­тит, различают: 1. Белый чугун в котором весь углерод нахо­дится в виде цементита Fe3C. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. 2. Половинчатый чугун, большая часть угле­рода (>0,8 %) находится в виде Fe3C. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит . 3. Перлитный серый чугун структура чугуна— перлит и пластинчатый графит. В этом чугуне 0,7—0,8 % С находится в виде Fe3C, входящего в состав перлита.; 4. Ферритно-перлитный серый чугун. Структура такого чугуна - перлит, феррит и пластинча­тый графит. В этом чугуне в за­висимости от степени распада эвтектоидного цементита в связан­ном состоянии находится от 0,7 до 0,1 % С 5. Ферритный серый чугун. Структура — феррит и пластинчатый графит. В этом случае весь углерод находится в виде графита. Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности их, тем выше прочность чугуна Графитные включения мало влияют на снижение пре­дела прочности при сжатии и твердость, величина их определяется главным образом структурой металлической основы чугуна 2. Высокопрочными называют чугуны с шаровидным графитом, который образуется в литой структуре в процессе кри­сталлизации. Чугуны с шаровидным графитом (ЧШГ) имеют более высокие ме­ханические свойства, не уступающие свойствам литой углероди­стой стали, сохраняя при этом хорошие литейные свойства и обра­батываемость резанием, способность гасить вибрации, высокую износостойкость и т. д. Обычный состав чугуна: 3,2—3,6 % С 3. ковкий чугун Ковкий чугун получают длительным нагревом при высоких температурах (отжигом) отливок из белого чугуна. В результате отжига образуется графит хлопьевидной формы. Такой графит по сравнению с пластинчатым меньше снижает прочность и пластичность металлической основы струк­туры чугуна. Чугун имеет пониженное содержание углерода и кремния.

29. Сверхпластичность металлов и сплавов.

Под сверхпластичностью понимают способность металла к незначительной пластической деформации (=102-103%) в определенных условиях при одновременно малом сопротивлении деформированию (10° — 101 МПа). Существуют следующие разновидности сверхпластичности. 1. Структурная, которая проявляется при температурах > 0,5 Тпл в металлах и сплавах с величиной зерна от 0,5 до 10 мкм и небольших скоростях деформации2 (10-5 — 10-1 с-1). 2. Субкритическая (свёрхпластичность превращения), наблюдающаяся вблизи начала фазовых превращений, например, полиморфных. Наиболее перспективен процесс структурной сверхпластичности . Сверхпластичность может иметь место лишь при условии, когда в процессе деформации (растяжения образца) не образуется локальной деформации .Явление сверхпластичности в промышленности используют при объемной изотермической штамповке и при пневмоформовке. Сверхпластичность позволяет в процессе штамповки за одну операцию получить детали сложной формы, повысить коэффициент использования металла, уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления изделий. Недостатком является необходимость нагрев штампов до температуры обработки и малая скорость деформаций.

31.Основными видами термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали и назначаемыми в зависимости от требований, предъявляемых к полуфабрикатам (отливкам, поковкам, прокату и т. д.) и готовым изделиям, являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.1. ^ ОТЖИГ I РОДА . Характерная особенность этого вида отжига в том, что указанные процессы происходят независимо от того, протекают ли в сплавах при этой обработке фазовые превращения (а - у) или нет, Поэтому отжиг 1 рода можно проводить при температурах выше или ниже температур фазовых превращений (критических точек А1 и А3). Этот вид обработки в устраняет химическую или физическую неодно­родность, созданную предшествующими обработками. Бывает: Гомогенизация (диффузионный отжиг). Рекристаллизацконный отжиг . Высокий отпуск (для уменьшения твердости) Отжиг для снятия остаточных напряжений. 2. ^ ОТЖИГ II РОДА (ФАЗОВАЯ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ) Отжиг II рода заключается в нагреве стали до температур выше точек Ас1 или Ac3, выдержке и, как правило, последующем медленном охлаждении . Понижая прочность и твердость, отжиг облегчает обработку, резание средне- и высокоугле­родистой стали. Различают следующие виды отжига: полный, изотермический и неполный. 3. ЗАКАЛКА .Закалка — термическая обработка — заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А3 для доэвтектоидной и а1—для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

^ 32. превращения в стали при нагреве. Наследственно мелкозернистые и крупнозернистые стали.

При нагреве до 727 стали У8 от комн темп в ней растворяется цементит третичный и содержание его в феррите увелич до 0.025% при темп 727. При дальнейшем повышении темп идет полиморфное превращение ,т.е. феррид превращается в аустенит.

Зерно после превращения-начальное зерно аустенита. При повыш темп зерно растет. Если в сталях нет примесей , зерно растет быстро- наследственно крупнозернистая сталь. Если есть примеси, то они тормозят рост зерна- наследственно мелкозернистая сталь.(до тех пор, пока примеси не растворятся). Затем зерно растет очень интенсивно. После окончательного нагрева полученное зерно- действительное зерно аустенита.Темп интервал нагрева для доэвт сталей Ас3+(30-50)- полный отжиг.

Для эвт(полный) и заэвт Ас1+(50-70) неполный отжиг.

-

^ 33. превращения в стали при охлаждении. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита.

При скорости охлаждения 1-2град в мин.степень переохлаждения составляет 10-15град., такая скорость обеспечивается при охлаждении вместе с печью. При этом распад А происходит при t=700град., полученная структура называется пластинчатым перлитом, а обработка – отжигом . Охлаждение со скоростью 1 град/сек дает степень переохлаждения 100-150град. Такую скорость обеспечивает охлаждение на воздухе. В результате получается более мелкий (дисперсный) перлит, называемый сорбитом. такая термообработка называется нормализацией.

Охлаждение со скоростью 100-150 град/с обеспечивает степень переохлаждения 250-300град. в результате получается очень дисперсный перлит, называемый трооститом. ( Такая ТО называется одинарной. При охлаждении можно достичь таких скоростей, когда превращения аустенита не происходит, т.е. А распадается на Ф и Ц. скорость охлаждения, когда кривая охлаждения касается С-образной кривой называется критической скоростью . Такая скорость обеспечивается при охлаждении в воде, степень переохлаждения больше 200град, а скорость охлаждения 300-500 град/сек. При этом начинается бездиффузионное превращение аустенита в новую фазу – мартенсит. При содержании С больше 0.45% не весь аустенит превращается в мартенсит, остается его количество- Аустенит остаточный. В результате закалки образуется 2 новые фазы- мартенсит и А ост.

34. превращения в закаленной стали при нагреве после закалки. Отпуск стали. Обработка холодом.

Обе структуры после закалки явл-ся неустойчивыми , нельзя исп-ть в работе( он хрупкий). Необходимо привести структуру в более стабильно состояние. Производят нагрев(отпуск после закалки).

При температуре 120-200град. начинается распад аустенита, заключающийся в том, что в отдельных участках образуются карбиды – пластиночки толщиной в несколько анстрем, диаметром порядка 100 анстрем. Часть углерода уходит в метастабильный карбид, степень тетрогональности решетки ниже, твердость ниже на несколько единиц – мартенсит отпущенный (мартенсит отпуска). Такой отпуск – низкий. Низкому отпуску подвергаются все режущие инструменты. Нагреваем дальше. При температуре порядка 250 град.аустенит остаточный превращается в мартенсит. Твердость и размеры выше. Греем дальше. При температуре 350-400 Fe2,3C превращается в Fe3C – карбид железа. Структура становится двухфазной, состоит из Fe3C – мелких частиц и феррита. Такой отпуск называется средним, ему подвергаются все упругие элементы. Греем дальше. При температуре 550-600град. размеры частиц цементита увеличиваются, но остаются круглыми. Полученная структура называется сорбит отпуска, отпуск – высокий. Такому отпуску подвергаются все детали конструкций, воспринимающих ударные нагрузки. Сочетание закалки с последующим высоким отпуском называется термоулучшением, структура – сорбит отпуска. Отличие сорбита отпуска от сорбита закалки заключается в том, что в сорбите отпуска цементит зернистый, а в сорбите закалки он – пластинчатый, хотя твердость их отличается незначительно. При дальнейшем нагреве сорбит превращается в перлит.

36. Закаливаемость и прокаливаемость. Способы закалки. Охлаждающие среды. Дефекты закалки.

Закаливаемость – способность стали повышать твердость в результате закалки.. Чем больше t, тем выше твердость. Прокаливаемость – способность стали получать закаленный слой с мартенситной или троосто-мартенситной структурой и высокой твердостью на ту или иную глубину. Определяется скоростью охлаждения. Диаметры заготовки, в центре которой после закалки в данной охлаждающей среде образуется полумартенситная зона – называют критическим диаметром ДК. Прокаливаемость тем выше, чем меньше скорость закалки. Способы закалки: 1) закалка в одном охладителе. «+»: простота; «-» большие внутренние напряжения в детали 2) прерывистое охлаждение в одном охладителе до t 300-350, перенос в другой охладитель (масло или воду) 3) ступенчатая закалка – нагретую деталь помещают в соляную ванну с t несколько выше начала М превращения. После небольшой выдержки для выравнивания t по всему объему, охлаждение осуществляется в другом охладителе (на воздухе). 4) изотермическая закалка – длит выдержка в закалочной ванне при t выше М точки. Твердость низкая, но нет внутренних напряжений. 5) Закалка с самоотпуском – суть закалки – отпуск производится за счет тепла массивной части изделия. Чаще всего для закалки используют следующие жидкости: воду, водные растворы щелочей и солей, масла