- •1.1. Макро- и микроструктура металлических материалов.
- •1.2. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решеток. Анизотропия свойств металлов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения. Прочность бездефектных и реальных кристаллических тел.
- •2.1. Особенности жидкого состояния металлов. Механизм и кинетика кристаллизации. Закономерности образования и роста кристаллов.
- •2.2. Аморфные металлы. Полиморфные превращения в металлах.
- •2.3. Сущность процесса модифицирования.
- •2.4. Строение металлического слитка
- •Тема 3 Диаграммы состояния двойных сплавов.
- •3.1. Понятия фазы, компонента, системы. Определения твердых растворов, химических соединений, механических смесей.
- •3.2. Построение диаграмм состояния. Эвтектическая кристаллизация. Правила отрезков.
- •3.3. Диаграмма состояния системы с полной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
- •3.4. Диаграмма состояния системы с ограниченной растворимостью компонентов.
- •3.6. Связь между структурой и свойствами сплавов.
- •4.1. Упругая и пластическая деформация.
- •4.2. Влияние пластической деформации на строение и свойства металла, явление наклепа. Возврат и рекристаллизация. Холодная и горячая пластическая деформация.
- •4.3. Определение механических свойств металлов: твердость; характеристики, определяемые при растяжении, при знакопеременном нагружении; ударная вязкость.
- •5.1. Диаграмма состояния железо-цементит.
- •5.2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Углеродистые стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей.
- •5.3. Чугуны. Влияние химического состава и скорости охлаждения на структуру чугуна. Серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун: классификация, маркировка, применение.
- •6.1. Теория термической обработки стали.
- •6.1.2. Превращения переохлажденного аустенита.
- •6.2. Технология термической обработки.
- •1. Полный отжиг
- •2. Неполный отжиг
- •6.2.2. Закалка стали. Прокаливаемость и закаливаемость стали. Поверхностная закалка.
- •6.2.3. Отпуск стали.
- •7.1. Физические основы химико-термической обработки.
- •7.2. Цементация.
- •7.3. Азотирование.
- •7.4. Цианирование и нитроцементация.
- •7.5. Диффузионная металлизация.
- •Тема 8 легированные стали
- •8.1. Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения.
- •8.2. Структурные классы легированных сталей.
- •8.3. Маркировка и применение легированных сталей.
- •8.3.1. Конструкционные легированные стали.
- •8.3.2. Инструментальные стали и сплавы. Быстрорежущие стали, штамповые стали. Твердые сплавы.
- •Тема 9 Коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы.
- •9.1. Коррозия электрохимическая и химическая.
- •9.2. Коррозионно-стойкие стали.
- •9.3. Жаростойкость, жаростойкие стали.
- •9.4. Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы.
- •Тема 10 Цветные металлы и сплавы
- •10.1. Алюминий. Деформируемые и литейные сплавы алюминия.
- •10.2. Медь и ее сплавы.
- •10.3. Титан и сплавы титана.
- •10.4. Магний и магниевые сплавы.
- •Тема 11
- •11.1. Термопластичные и термореактивные пластмассы.
- •11.2. Резины.
- •11.3. Композиционные материалы.
6.1. Теория термической обработки стали.
Термической обработкой (ТО) стали называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.
При термической обработке стали различают четыре основные превращения:
превращение при нагреве перлита в аустенит,
превращение при охлаждении аустенита в перлит,
превращение при охлаждении аустенита в мартенсит,
превращение мартенсита в перлитные структуры.
6.1.1. Превращение феррито-карбидной структуры в аустенит при нагреве.
Превращение перлита в аустенит в полном соответствии с диаграммой Fe–Fe3C может иметь место лишь при очень медленном нагреве. В реальных условиях превращение происходит при некотором перегреве и в интервале температур.
Превращение состоит из двух одновременно протекающих процессов: полиморфного перехода и растворения в аустените цементита.
Механизм процесса превращения перлита в аустенит состоит в зарождении зерен аустенита и их роста. Зародыш аустенита возникает на межфазной границе раздела феррита и цементита. Образовавшиеся зародыши растут благодаря интенсивной диффузии атомов углерода в аустените, что приводит к растворению цементита в аустените и превращению . Одновременно зарождаются новые зерна аустенита.
Образовавшийся аустенит неоднороден по содержанию углерода. В участках, прилегающих к частицам цементита, концентрация углерода в аустените выше, чем в участках, прилегающих к ферриту. Для его гомогенизации требуется дополнительное время. При превращении перлита в аустенит:
чем выше температура, тем быстрее протекает превращение (t1t2),
если нагрев непрерывный, то чем выше скорость нагрева, тем при более высокой температуре происходит превращение (поэтому при скоростном нагреве, например – токами высокой частоты – температура аустенизации должна быть выше),
кроме того, скорость превращения зависит:
от исходного состояния (чем тоньше ферритно-цементитные пластинки, тем больше зародышей и меньше пути диффузии, т.е. тем выше скорость аустенизации),
чем выше концентрация углерода, тем быстрее протекает процесс аустенизации,
введение хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и других карбидообразующих элементов, задерживает процесс аустенизации вследствие образования растворимых в аустените карбидов.
После образования зародышей аустенита, начинается их рост. Способность зерна аустенита к росту неодинакова даже у сталей одного марочного состава. По склонности к росту зерна различают два предельных случая: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые стали.
В наследственно крупнозернистой стали сильный рост зерна наблюдается даже при незначительном перегреве.
Различная склонность к росту зерна определяется условиями раскисления стали и ее составом.
Стали, раскисленные алюминием (спокойные) являются наследственно мелкозернистыми, так как в них образуется AlN, тормозящие рост зерна. Растворение этих частиц влечет за собой быстрый рост зерен.
Действительное зерно – существующее в стали при данной температуре.
От склонности к росту зерна зависит технологический процесс горячей деформации и термообработки. Чем меньше склонность к росту зерна, тем больше интервал закалочных температур стали, ее прокатка и ковка могут завершаться при более высоких температурах.
Размеры перлитных зерен зависят от размеров зерен, из которых они образовались. Величина действительного зерна стали оказывает влияние на многие характеристики стали. Чем мельче зерно, тем выше прочность (В, т), пластичность (, ), вязкость (KCU, KCT), ниже порог хладноломкости (t50) и меньше склонность к хрупкому разрушению.
Все методы, вызывающие измельчение зерна (микролегирование V, Ti, Nb и др., высокие скорости нагрева) повышают конструкционную прочность стали. Крупное зерно стремятся получить только в электротехнических (трансформаторных) сталях, чтобы улучшить их магнитные свойства.