- •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.
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.
8.1. Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения.
Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами.
Стали, в которые для получения требуемых свойств специально вводят легирующие элементы называют легированными сталями
Легирующие элементы преимущественно растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррит, аустенит, цементит) или образуют специальные карбиды (т.е. карбиды, кристаллическая решетка которых отлична от кристаллической решетки Fe3C). Ni, Co, Si, Cu не образуют карбиды Cr, Mo, V, W, Ti – образуют.
Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существование его аллотропических модификаций. В зависимости от расположения элементов в периодической системе и строения кристаллической решетки легирующего элемента возможны варианты взаимодействия легирующего элемента с железом. Им соответствуют и типы диаграмм состояния сплавов системы железо – легирующий элемент.
Свыше определенного содержания марганца, никеля, кобальта, бора и других элементов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, – состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления, такие сплавы на основе железа называются аустенитными.
При содержании ванадия, молибдена, кремния, хрома, алюминия, ниобия, титана, вольфрама и других элементов, имеющих объемно-центрированную кубическую решетку. выше определенного предела устойчивым при всех температурах является – состояние. Такие сплавы на основе железа называются ферритными.
Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.
Растворение легирующих элементов происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Разница размеров атомов является причиной искажения кристаллической решетки и возникновения внутренних напряжений и, как следствие, изменение механических свойств. Легированные стали обладают более высокими значениями в, 0,2, , по сравнению с углеродистыми сталями.
Легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а, следовательно, лучшей прокаливаемостью. Кроме того, после термической обработки они имеют более мелкодисперсные структуры. Для достижения высокой прокаливаемости сталь чаще легируют дешевыми элементами – марганцем, хромом, бором, а также более дорогими – никелем и молибденом. Наибольшая прокаливаемость достигается при комплексном легировании. Однако следует иметь в виду, что по достижении необходимой для данного сечения прокаливаемости дальнейшее увеличение легирующих элементов может не улучшить, а, напротив, ухудшить механические и технологические (обработку резанием, свариваемость и т.д.) свойства. В связи с этим содержание легирующих элементов должно быть минимально необходимым.
Содержание легирующих элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование.
Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.
Марганец (как легирующий элемент, т.е. при содержании выше 0,8%) сильно упрочняет сталь, повышает предел текучести, но в количестве более 1,5% значительно снижает вязкость. Повышает прокаливаемость. Является аустенитообразующим элементом.
Хром слабо упрочняет феррит, хотя и не снижает порог хладноломкости, незначительно снижает вязкость. Повышает окалиностойкость стали. Повышает прокаливаемость. Является ферритообразующим элементом.
Бор увеличивает прокаливаемость при содержании 0,002 – 0,006%. При большем содержании прокаливаемость падает. Является аустенитообразующим элементом.
Кремний значительно упрочняет сталь, повышает предел текучести, но в количестве более 1% снижает вязкость и повышает порог хладноломкости. Является ферритообразующим элементом.
Молибден, вольфрам, ванадий, титан вводят в небольших количествах (сотых, десятых долях процента) – увеличивают прокаливаемость, измельчают зерно. Являются ферритообразующими элементами.
Повышенное содержание карбидообразующих элементов в конструкционных сталях недопустимо из-за образования труднорастворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению и снижают прокаливаемость стали.
Никель является наиболее ценным легирующим элементом. Достаточно интенсивно упрочняя феррит, не снижая его вязкости; понижает порог хладноломкости, уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений. Является аустенитообразующим элементом. Никель дорогой металл, поэтому в конструкционные стали его вводят совместно с хромом и другими элементами в минимальном количестве.