- •Глава 1. Строение и свойства материалов…………………….…..….7
- •Глава 2. Фазовый состав сплавов…………………………………… ....18
- •Глава 3. Дефекты кристаллов………………………………………………...23
- •Точечные дефекты…………………………………………………………………...23
- •Глава 4. Свойства материаЛов……………………………………………..27
- •Глава 5. Формирование структуры литых материалов..………..37
- •5.4. Получение монокристаллов……………………………………………………………41
- •5.5. Аморфные металлы………………………………………………………………..…..42
- •5.6. Нанокристаллические материалы……………………………………………….…43
- •Глава 6. Влияние химического состава
- •Глава 7. Формирование структуры деформированных
- •Глава 9. Термическая обработка металлов……………………......68
- •Глава 10. Химико-термическая обработка сплавов…………….78
- •Глава 1. Строение и свойства материалов
- •1.1. Кристаллические и аморфные тела
- •1.2. Элементы кристаллографии
- •1.2.1. Кристаллическая решетка
- •1.2.2. Кристаллографические индексы
- •1.2.3. Анизотропия
- •1.3. Влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов
- •1.3.1. Взаимодействие частиц в кристаллах
- •1.3.2. Молекулярные кристаллы
- •1.3.3. Ковалентные кристаллы
- •1.3.4. Металлические кристаллы
- •1.3.5. Ионные кристаллы
- •Глава 2. Фазовый состав сплавов
- •2.1. Твердые растворы
- •2.1.1. Твердые растворы замещения
- •2.1.2. Твердые растворы внедрения
- •2.2. Промежуточные фазы
- •2.2.1. Промежуточные фазы системы металл – неметалл
- •2.2.2. Промежуточные фазы системы металл-металл
- •Глава 3. Дефекты кристаллов
- •3.1. Точечные дефекты к точечным дефектам относятся вакансии, межузельные атомы основного вещества, чужеродные атомы внедрения (рис.3.2).
- •3.2. Линейные дефекты
- •3.3. Поверхностные дефекты
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 4. Свойства материалов.
- •4.1. Критерии выбора материала
- •4.2. Механические свойства материалов
- •4.2.1. Механические свойства, определяемые при статических нагрузках
- •4.2.1.1. Испытание на растяжение (гост 1497-84)
- •4.2.1.2. Испытания на изгиб
- •4.2.1.3. Испытания на твердость
- •4.2.1.4. Испытания на динамические нагрузки
- •4.2.2. Механические свойства, определяемые при переменных (циклических) нагрузках
- •4.3. Физические свойства материалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 5. Формирование структуры литых материалов
- •5.1. Самопроизвольная кристаллизация
- •5.2. Несамопроизвольная кристаллизация
- •5.3. Форма кристаллов и строение слитков
- •5.4. Получение монокристаллов
- •5.5. Аморфные металлы
- •5.6. Нанокристаллические материалы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6. Влияние химического состава на равновесную структуру сплавов
- •6.1. Метод построения диаграмм состояния
- •6.2. Диаграммы состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твёрдом состоянии
- •6.3. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и образуют эвтектику
- •6.4. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которой ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и образуют перитектику
- •6.5. Диаграмма состояния сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов
- •6.6. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением
- •6.7. Физические и механические свойства сплавов в равновесном состоянии.
- •6.8. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
- •6.8.1. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом
- •6.8.2. Превращения в сплавах железо-графит
- •6.8.3. Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей
- •6.8.4. Карбиды и нитриды в легированных сталях
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 7. Формирование структуры деформированных металлов и сплавов
- •7.1. Механизм пластического деформирования
- •7.2. Особенности деформированния монокристаллов
- •7.3. Деформирование поликристаллов
- •7.4. Деформация двухфазных сплавов
- •7.5. Свойства холоднодеформированных металлов
- •7.6. Возврат и рекристаллизация
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 8. Диффузия в металлах и сплавах
- •8.1. Вывод первого уравнения Фика на основе атомной диффузии
- •В единицу времени между двумя соседними плоскостями 1 и 2 кристаллов решетки,
- •Расположенных на расстоянии ∆
- •8.2. Механизмы диффузии в металлах и полимерах
- •Глава 9. Термическая обработка металлов
- •9.1. Термическая обработка сплавов, не связанная с фазовыми превращениями в твердом состоянии
- •9.1.1. Нагрев для снятия остаточных напряжений
- •9.1.2. Рекристализационный отжиг
- •9.1.3. Диффузионный отжиг
- •9.2. Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •9.3. Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью и полиморфным превращением (стали)
- •9.3.1.Превращения при нагреве до аустенитного состояния
- •9.3.2. Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения
- •9.3.2.1. Перлитное превращение аустенита
- •9.3.2.2. Мартенситное превращение аустенита
- •9.3.2.3. Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита
- •9.4. Технология термической обработки стали
- •9.4.1. Отжиг сталей
- •9.4.2. Нормализация сталей
- •9.4.3. Особенности закалки сталей
- •9.4.4. Отпуск закаленных сталей
- •9.4.5. Свойства отпущенной стали
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 10. Химико-термическая обработка сплавов
- •10.1. Диффузионное насыщение стальных деталей углеродом и азотом
- •10.2. Диффузионное насыщение деталей металлами и неметаллами
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 11. Конструкционные материалы
- •11.1. Общие требования
- •11.2. Конструкционная прочность материала и методы ее оценки
- •11.3. Методы повышения конструкционной прочности
- •11.4. Классификация конструкционных материалов
- •11.5. Классификация конструкционных сталей
- •11.5.1. Углеродистые стали
- •11.5.2. Легированные стали
- •11.6. Износостойкие материалы
- •11.7. Материалы, устойчивые к действию температур и рабочей среды
- •11.7.1. Жаропрочные материалы
- •Критериями жаропрочности, помимо предела ползучести, является предел длительной прочности и сопротивление релаксации.
- •11.7.1.1. Основные группы жаропрочных материалов
- •11.7.2. Коррозионностойкие нержавеющие стали и сплавы
- •11.8. Инструментальные стали
- •11.9. Штамповочные стали
- •Терминологический словарь
- •Литература
9.4.2. Нормализация сталей
Ей подвергают конструкционные стали после горячей обработки давлением или литья. Нормализация отличается от отжига условиями охлаждения: после нагрева до температуры, большей АС3 на 50-70оС, сталь охлаждают на свободном воздухе.
Это более экономичная термическая операция, она приводит к получению более прочной стали, т.к. при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах.
После нормализации, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные различия. При ускоренном охлаждении доэвтектоидный феррит в температурном интервале Аr3 – Аr1 выделяется на границе зерен аустенита; поэтому кристаллы феррита образуют оболочки вокруг зерен аустенита – ферритную сетку.
Нормализация позволяет уменьшить анизотропию свойств, вызванную неметаллическими включениями в горячедеформированной стали. Строчечность структуры менее резко выражена.
Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее пройдет охлаждение, тем выше будет прочность стали.
9.4.3. Особенности закалки сталей
В большинстве случаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т.е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали.
В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной и неполной.
Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, оптимальной температурой нагрева является Ас3+(30-50оС). Такая температура обеспечивает получение мелкозернистого аустенита, а после охлаждения – мелкокристаллического мартенсита.
Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке. Оптимальная температура – Ас1+(30-50оС). После закалки заэвтектоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Т. к. кристаллы цементита тверже кристаллов мартенсита, то заэвтектоидные стали при неполной закалке имеют более высокую твердость, чем при полной.
Высоколегированные инструментальные стали ледебуритного класса подвергают (для повышения теплостойкости) закалке при очень высоких температурах, близких к эвтектической. При этом происходит распад всех вторичных карбидов, аустенит обогащается не только углеродом, но и легирующими элементами (из карбидов). В результате получается высоколегированный теплостойкий мартенсит.
Если высоколегированные стали используют как износостойкие, температуру закалки понижают, сохраняя часть карбидов нерастворенными.
Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до температуры мартенситного превращения. Для этого изделия очень резко охлаждают, погружая в холодную воду, либо в воду с добавками соли или едкого натра.
Остаточные напряжения, возникающие при резком охлаждении уменьшают с помощью закалки в двух средах (погружением сначала в воду, затем – в масло), или ступенчатой закалки ( погружением в жидкость и затем - на воздух.).
Закаливаемость и прокаливаемость сталей – важнейшие характеристики сталей.
Закаливаемость определяется твердостью поверхности закаленной детали и зависит, главным образом, от содержания углерода в стали.
При закалке любых сталей, даже в самых сильных охладителях, поверхность и сердцевина охлаждаются с разной скоростью. Если скорость охлаждения сердцевины при закалке будет меньше υкрит (критическая скорость закалки), то деталь не прокалится насквозь, т.е. там не образуется мартенсит.
Прокаливаемостью называют способность стали закаливаться на определенную глубину.
Прокаливаемость стали одной и той же марки в зависимости от изменений химического состава, размера зерна аустенита, размера и формы деталей и т.д. колеблется в значительных пределах. В справочниках прокаливаемость характеризуется полосой прокаливаемости.
Условились при оценке прокаливаемости закаленными считать слои, в которых содержится не менее 50% мартенсита (полумартенситная зона). Легирование повышает прокаливаемость.