2. Виды сплавов, основные составляющие структуры сплавов

Сплавы - сложные кристаллические вещества, которые обладают свойствами металлов.

Достоинства сплавов: экономичность, более низкая t плавления, прочность, деформативность, твердость, коррозионная стойкость.

Виды сплавов:

1) По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов. Порошковые — прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре.

2) По способу получения заготовки (изделия) различают литейные (чугуны), деформируемые (стали) и порошковые сплавы.

3) В твердом агрегатном состоянии сплав может быть гомогенным (однородным, однофазным — состоит из кристаллитов одного типа) и гетерогенным (неоднородным, многофазным).

Твёрдый раствор является основой сплава (матричная фаза). Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава. В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений (карбиды, нитриды) и кристаллиты простых веществ.

Структурные составляющие:

1) Феррит – твердый раствор углерода в α-Fe. При температуре 723°С содержание углерода 0,02 %.

2) Цементит – карбид железа Fe₃C – химическое соединение, содержащее 6,67 % углерода. Является составной частью эвтектической смеси, а также самостоятельной структурной составляющей. Способен образовывать твердые растворы путем замещения атомами других металлов, неустойчив, распадается при термической обработке. Цементит очень тверд (НВ 800) и хрупок.

3) Аустенит – твердый раствор углерода в γ–Fe. Атомы углерода внедряются в кристаллическую решетку, причем насыщение может быть различным в зависимости от температуры и примесей. Устойчив только при высокой температуре, а с примесями Mn, Сг – при обычных, даже низких температурах. Твердость аустенита НВ 170-220.

4) Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита, образуется при распаде аустенита при температуре 723° С и содержании углерода 0,83 %. Твердость перлита НВ 160-260. Структура перлита может быть пластинчатой и глобулярной (зернистой).

5) Ледебурит – эвтектическая смесь аустенита и цементита, образующаяся при 1130° С и содержании углерода 4,3 % Структура неустойчивая: при охлаждении аустенит, входящий в состав ледебурита, распадается на вторичный цементит и перлит. Ледебурит очень тверд (НВ 700) и хрупок.

6) Графит – мягкая и хрупкая составляющая чугуна, состоящая из разновидностей углерода. Встречается в серых и ковких чугунах.

3. Углеродистые стали — структура, свойства, применение.

Углеродистые стали - это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода при малом содержании других элементов. Они обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются.

Классификация:

1) По структуре

- доэвтектоидные (менее 0,8% С)

- эвтектоидные (0,8% С)

- заэвтектоидные (С более 0,8%)

2) По способу получения

- кислородно-конвертерные

- электроплавка

- мартеновские

3) По степени раскисления

- кипящие

- полуспокойные

- спокойные

4) По качеству (определяется содержанием вредных примесей в стали)

- обыкновенного качества

- конструкционное

- высококачественные

5) По содержанию углерода

- малоулеродные (С≤0.24%)

- среднеуглеродные (0.24≤С≤0.5%)

- высокоуглеродистые (С>0.5%)

Углерод является важнейшим элементом, определяющим структуру и св-ва углеродистой стали. С увеличен. углерода в структуре стали растет содержание цементита. При содержании до 0,8 % С сталь состоит из феррита и перлита, при содержании более 0,8 % С в структуре стали, кроме перлита, появляется структурно свободный вторичный цементит.

Феррит имеет низкую прочность, но сравнительно пластичен. Цементит характеризуется высокой твердостью, но хрупок. Поэтому с ростом содержания углерода увелич. твердость и прочность и уменьшается вязкость и пластичность стали. Рост прочности происходит до 0,8–1,0 % углерода. При увеличен. содержания углерода более 0,8 % уменьшается не только пластичность, но и прочность.

Углерод оказывает существенное влияние на технологические св-ва стали: свариваемость, обрабатываемость. С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также способность деформироваться в горячем и особенно в холодном состоянии.

Находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами: детали, изготавливаемые холодной штамповкой и глубокой вытяжкой, используют для деталей не испытывающих высоких нагрузок, детали автотракторного с/х машиностроения, слабонагруженные и средненагруженные оси, валы различных машин и механизмов, ж/д рельсы.