- •Вопрос 1. (Закономерности формирования структуры материала)
- •Понятие «структура материала». Атомно-кристаллическая структура материалов. Аморфные и кристаллические материалы. Элементарная ячейка и её характеристики.
- •Обозначение кристаллографических плоскостей и направлений. Анизотропия. Элементарная ячейка гпу. Поры в кристаллической решётке.
- •Типы кристаллов и их свойства. Металлические и ионные кристаллы. Ковалентные и молекулярные кристаллы. Полиморфизм кристаллических тел.
- •Понятия «сплав», «фаза». Виды фаз. Твердые растворы. Промежуточные фазы. Промежуточные связи с металлической связью, фазы внедрения. Анизотропия.
- •Понятия «сплав», «фаза». Виды фаз. Дефекты кристаллического строения: точечные, линейные, поверхностные, объемные.
- •Формирование структуры литых материалов. Первичная кристаллизация. Кривые охлаждения, критический размер зародыша. Ликвация.
- •Формирование структуры литых материалов. Форма и размер кристаллов. Модифицирование. Аморфное состояние материала.
- •Формирование структуры литых материалов. Размер кристаллов при литье и способы их измельчения.
- •9) Упругая и пластическая деформация. Горячая и холодная пластическая деформация. Механизмы пластической деформации.
- •Пластическая деформация монокристаллов и поликристаллов. Изменение структуры и свойств при пластической деформации.
- •Влияние нагрева на структуру и свойства пластически деформированного металла. Текстура деформации.
- •Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Компоненты диаграммы, изотермические превращения.
- •Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей. Критические точки стали. Классификация стали по равновесной структуре (после отжига).
- •Виды термической обработки: отжиг, закалка, отпуск. Термическая обработка сплавов, не имеющих превращений в твердом состоянии.
- •Типы выделений
- •21) Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Отжиг на зернистый перлит.
- •Термокинетическая диаграмма стали (на примере стали у8). Критическая скорость охлаждения. Закономерности формирования структуры стали при перлитном превращении.
- •Термокинетическая диаграмма стали (на примере стали у8). Критическая скорость охлаждения. Закономерности формирования структуры стали при мартенситном превращении.
- •Термокинетическая диаграмма доэвтектоидной стали (на примере стали 45). Закономерности формирования структуры стали при бейнитном превращении.
- •Особенности мартенситного превращения в сталях. Структура и свойства мартенсита, температура начала и окончания мартенситного превращения в зависимости от количества углерода в стали.
- •1. Бездиффузионный характер.
- •2. Ориентированность кристаллов мартенсита.
- •3.Очень высокая скорость роста кристалла, до 1000 м/с.
- •5. Превращение необратимое.
- •Нормализация и закалка стали. Закалочные напряжения. Способы охлаждения при закалке.
- •Отпуск стали. Виды отпуска. Изменение структуры и свойств стали при отпуске.
- •Химико-термическая обработка стали. Этапы диффузионного насыщения. Азотирование стали: газовое, ионное. Технология азотирования. Структура и свойства азотированного слоя.
- •Нитроцементация стали. Термические способы упрочнения поверхности стали: закалка с нагрева токами высокой частоты. Структура и свойства упрочнённого слоя.
Формирование структуры литых материалов. Форма и размер кристаллов. Модифицирование. Аморфное состояние материала.
Переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией.
Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процессов — зарождения и роста кристаллов. Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно — самопроизвольная кристаллизация — или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации — несамопроизвольная кристаллизация.
Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.
Форма и размер зёрен, образующихся при кристаллизации, зависят от: -скорости и направления отвода тепла; -температуры жидкого металла;
-содержание примесей.
ррост зёрен происходит по дендритной (древовидной) схеме. Установлено, что максимальная скорость роста кристаллов наблюдается по таким плоскостям и направлениям, которые имеют наибольшую плотность упаковки атомов. Дендриты растут до тех пор, пока не соприкоснутся друг с другом. Их рост преимущественно в направлении, обратном отводу тепла.
При сверхвысоких скоростях охлаждения (106 оС/с) из жидкого состояния диффузионные процессы настолько замедляются, что подавляется образование зародышей и рост кристаллов. В этом случаи при затвердевании образуется аморфная структура (аморфные сплавы или металлические стёкла). Аморфное состояние обеспечивает металлическим материалам свойства, значительно отличающиеся от свойств соответствующих материалов с кристаллической структурой (особенно физических свойств). Удельное электрическое сопротивление аморфных металлов 2 -3 раза выше, чем у аналогичных сплавов с кристаллической структурой. Аморфные металлические материалы удачно сочетают высокие прочность, твёрдость и износостойкость с хорошей пластичностью и коррозионной стойкостью. Большое практическое значение имеет также и возможность получения аморфных металлов виде лент, проволоки диаметром несколько микрометров непосредственно при литье, минуя такие дорогостоящие операции, как ковка, прокатка, волочение, промежуточные отжиги, зачистки, травление.
Под модифицированием макроструктуры понимают получение отливок и слитков с мелкозернистым строением. Конечной задачей модифицирования является повышение механических, технологических и эксплуатационных свойств отливок, слитков, а также получаемых из них изделий и полуфабрикатов посредством измельчения литой структуры.
Формирование структуры литых материалов. Размер кристаллов при литье и способы их измельчения.
Переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией.
Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процессов — зарождения и роста кристаллов. Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно — самопроизвольная кристаллизация — или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации — несамопроизвольная кристаллизация.
Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.
Экспериментально установлено, что чем больше зародышей в единице объема расплава, тем больше кристаллов образуется, тем они мельче и выше механические свойства металла. По этой причине в сплавах намеренно стараются облегчить формирование зародышей кристаллизации. Вещество, способствующее образованию зародышей, называют модификатором, а саму операцию - модифицированием.
Выделяют два вида модификаторов объемные и поверхностные. Объемные модификаторы создают дополнительные центры кристаллизации. Тугоплавкие металлы в виде мелкодисперсного порошка. Необходимо, чтобы металл имел аналогичные кристаллические решетки и атомные параметры. Для железа модификатор – вольфрам. Поверхностные модификаторы уменьшают скорость роста кристаллов, изменяют поверхностную энергию на границе кристалл-жидкость. Атомы модификатора прилипают к поверхности кристалла, новые кристаллы не растут. В качестве модификатора используются неметаллы с малой атомной массой. Для железа модификатор – бор. Модификаторы позволяют улучшить структуру металла и управлять размерами и формой кристаллов. Модифицирование направлено на решение ряда задач:
измельчение макрозерна;
измельчение микрозерна (дендритных ячеек);
измельчение фазовых составляющих эвтектик, перитектик, в т.ч. хрупких и легкоплавких фаз (с изменением их состава путем введения присадок, образующих с этими фазами химические соединения);
измельчение первичных кристаллов, выпадающих при кристаллизации, в до- или заэвтектических сплавах;
измельчение формы и изменение размера и распределения неметаллических включений (интерметаллидов, карбидов, графита, оксидов, сульфидов, оксисульфидов, нитридов, фосфидов).