- •Основы металловедения
- •1.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2. Реальное строение металлических кристаллов
- •1.3. Анизотропия кристаллов
- •1.4. Кристаллизация металлов
- •1.5. Аллотропия (полиморфизм) металлов
- •Кристаллическое строение сплавов
- •1.7. Свойства металлов и сплавов
- •1.8. Железо и его сплавы
- •1.8.1. Фазы в железоуглеродистых сплавах
- •1.8.2. Диаграмма состояния железо — цементит
- •1.8.3. Применение диаграммы Fe—Fe3c
- •1.8.4. Основные виды термической обработки стали
- •1.8.5. Поверхностная закалка стали
- •1.8.7. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами
- •1.8.8. Лазерная термическая обработка
- •1.8.9. Классификация углеродистых сталей
- •1.8.10. Стали обыкновенного качества
- •1.8.11. Углеродистые качественные стали
- •1.8.12. Автоматные стали
- •1.8.13. Легированные стали
- •1.8.14. Классификация легированных сталей
- •1.8.15. Маркировка легированных сталей
- •1.8.16. Чугуны
- •1.9.2. Углеродистые инструментальные стали
- •1.9.3. Легированные инструментальные стали
- •1.9.4. Быстрорежущие стали
- •1.9.5. Твердые сплавы
- •1.9.6. Минералокерамика
- •1.9.7. Синтетические сверхтвердые материалы (стм)
- •1.9.8. Абразивные материалы
- •1.9.9. Алмазные инструменты
- •1.10. Цветные металлы и сплавы
- •2. Основы литейного производства
- •2.1. Сущность литейного производства
- •2.2. Литье в песчаные формы
- •2.3. Литейные сплавы и их свойства
- •2.4. Специальные способы литья
- •2.4.1. Кокильное литье
- •2.4.2. Литье в оболочковые формы
- •2.4.3. Литье по выплавляемым моделям
- •2.4.4. Литье под давлением
- •2.4.5. Литье с кристаллизацией под давлением
- •2.4.6. Литье вакуумным всасыванием
- •2.4.7. Центробежное литье
- •2.4.8. Литье выжиманием
- •2.4.9. Электрошлаковое литье (эшл)
- •2.4.10. Получение отливок методом направленной кристаллизации
- •2.4.11. Обеспечение технологичности литых деталей
- •2.4.12. Технологичность конструкции отливок
- •2.4.13. Выбор способов литья
- •3. Обработка металлов давлением
- •3.1. Понятие о механизме пластического деформирования при обработке давлением
- •3.2. Нагрев металла для обработки давлением
- •3.3. Нагревательные устройства
- •3.4. Прокатное производство
- •3.4.1. Сущность процесса
- •3.4.2. Продукция прокатного производства
- •3.4.3. Инструмент и оборудование для прокатки
- •3.4.4. Производство бесшовных и сварных труб
- •3.4.5. Производство специальных видов проката
- •3.5. Волочение
- •3.6. Прессование
- •3.7. Ковка
- •3.7.1. Основные операции свободной ковки
- •3.7.2. Оборудование для ковки
- •3.7.3. Типы поковок
- •3.8. Горячая объемная штамповка
- •3.8.1. Сущность процесса
- •3.8.2. Конструкции штампов
- •3.8.3. Основные этапы технологического процесса горячей объемной штамповки
- •3.8.4. Оборудование для горячей объемной штамповки
- •3.9. Холодная объемная штамповка
- •3.9.1. Холодное выдавливание
- •3.9.2. Холодная высадка
- •3.9.3. Холодная формовка
- •3.10. Листовая штамповка
- •3.10.1. Разделительные операции листовой штамповки
- •3.10.2. Формоизменяющие операции листовой штамповки
- •3.10.3. Штампы для холодной листовой штамповки
- •3.10.4. Оборудование для холодной листовой штамповки
- •4. Сварка и пайка металлов
- •4.1. Физические основы образования сварного соединения
- •4.2. Классификация видов сварки
- •4.3. Свариваемость металлов и сплавов
- •4.4. Термические виды сварки
- •4.4.1. Источники теплоты при дуговой сварке
- •4.4.2. Электронно- и ионно-лучевой нагрев
- •4.4.3. Световые источники нагрева
- •4.4.4. Газовое пламя
- •4.4.5. Ручная дуговая сварка
- •4.4.6. Автоматическая дуговая сварка под флюсом
- •4.4.7. Дуговая сварка в защитном газе
- •4.4.8. Электрошлаковая сварка
- •4.4.9. Газовая сварка
- •4.4.10. Плазменная сварка
- •4.4.11. Электронно-лучевая сварка
- •4.4.12. Лазерная сварка
- •4.5. Термомеханические методы сварки
- •4.5.1. Контактная сварка
- •4.5.2. Конденсаторная сварка
- •4.5.3. Диффузионная сварка
- •4.5.4. Индукционно-прессовая (высокочастотная) сварка
- •4.6. Механические методы сварки
- •4.6.1. Холодная сварка
- •4.6.2. Сварка трением
- •4.6.3. Ультразвуковая сварка
- •4.6.4. Сварка взрывом
- •4.6.5. Магнитоимпульсная сварка
- •4.7. Специальные термические процессы в сварочном производстве
- •4.8. Пайка металлов
- •4.8.1. Основные понятия и определения
- •4.8.2. Способы пайки
- •4.8.3. Технологический процесс пайки
- •4.9. Контроль качества сварных и паяных соединений
- •4.9.1. Дефекты сварных и паяных соединений
- •4.9.2. Методы контроля качества сварных и паяных соединений
- •5. Основы размерной обработки заготовок деталей машин
- •5.1. Основы механической обработки резанием
- •5.1.1. Сущность обработки резанием
- •5.1.2. Усадка стружки и наростообразование при резании
- •5.1.3. Силы резания
- •5.1.4. Тепловые явления при резании
- •5.1.5. Износ и стойкость режущего инструмента
- •5.1.6. Влияние вибраций и технологической наследственности на качество обработанных поверхностей
- •5.1.7. Производительность обработки
- •5.1.8. Основные способы обработки резанием
- •5.1.9. Параметры технологического процесса резания
- •5.1.10. Геометрические параметры токарных резцов
- •5.1.11. Определение параметров режима резания
- •5.1.12. Металлорежущие станки. Классификация металлорежущих станков
- •5.1.13. Движения в металлорежущих станках
- •5.1.14. Структура металлорежущего станка
- •5.1.15. Передачи, применяемые в станках
- •5.1.16. Кинематика станков
- •5.1.17. Приводы главного движения и подач
- •5.1.18. Технологические возможности токарной обработки
- •5.1.19. Технологические возможности обработки заготовок на сверлильных станках
- •5.1.20. Технологические возможности фрезерования
- •5.1.21. Технологические возможности строгания
- •5.1.22. Технологические возможности протягивания
- •5.1.23. Технологические возможности шлифования
- •5.1.24. Хонингование
- •5.1.25. Суперфиниширование
- •5.2. Основы физико-химических методов размерной обработки
- •5.2.1. Электрофизические способы обработки
- •5.2.2. Физико-химические способы обработки
- •5.1.24. Хонингование……………………………..259
- •5.2. Основы физико-химических методов размерной обработки……………………………262
- •Технологические процессы
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.8. Железо и его сплавы
К железоуглеродистым сплавам относятся стали и чугуны. Основными элементами, от которых зависят структура и свойства сталей и чугунов, является железо и углерод. Более подробно эти сплавы будут рассмотрены далее.
1.8.1. Фазы в железоуглеродистых сплавах
Известно, что железо может находиться в двух аллотропических формах — α и γ. Железо с углеродом образует твердые растворы и химические соединения. α-Железо растворяет углерода очень мало (до 0,02% при 727 °С). Твердый раствор (внедрения) углерода в α-железе называется ферритом. Феррит имеет низкую твердость и прочность [НВ = 80; σв = 245 МПа (25 кГ/мм2)], высокую пластичность (δ = 50%; ψ = 80%). Поэтому технически чистое железо, структура которого представляет зерна феррита, хорошо подвергается холодной деформации, т. е. хорошо штампуется, прокатывается, протягивается в холодном состоянии. Чем больше феррита в железоуглеродистых сплавах, тем они пластичнее. γ-Железо растворяет углерод в значительно больших количествах (до 2,14% при 1147 °С). Твердый раствор (внедрения) углерода в γ-железе называется аустенитом. Характерная особенность аустенита заключается в том, что он в простых железоуглеродистых сплавах может существовать только при высоких температурах. Аустенит имеет микроструктуру, представляющую собой зерна твердого раствора. Аустенит пластичен, твердость его НВ = 160…200, δ = 40…50%, поэтому аустенит хорошо подвергается горячей деформации.
Железо с углеродом также образуют химическое соединение Fe3С, называемое цементитом или карбидом железа. В цементите 6,67 %С, цементит обладает большой твердостью (НВ = 800), но совершенно непластичен, т. е. хрупкий. Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем большей твердостью и меньшей пластичностью они обладают. Цементит неустойчив и при определенных условиях может распадаться, выделяя свободный углерод в виде графита.
1.8.2. Диаграмма состояния железо — цементит
Диаграммой состояния называется графическое изображение, показывающее фазовый состав и структуру сплавов в зависимости от температуры и химической концентрации компонентов в условиях равновесия.
В практически применяемых сплавах железа с углеродом содержание углерода не превышает 5%. Поэтому диаграмму состояния железо — углерод рассматривают не полностью от 0 до 100% углерода, а только часть ее, а именно до 6,67% углерода (что соответствует содержанию углерода в цементите). Такую диаграмму (рис. 1.7) обычно называют диаграммой состояния железо — цементит (Fe — F3С). На этой диаграмме точка А (1539 °С) отвечает температуре плавления (затвердевания) железа, а точка D (~ 1600 °С) — температуре плавления (затвердевания) цементита.
Рис. 1.7. Диаграмма состояния Fe – Fe3C
В соответствующих областях диаграммы указаны фазы и структурные составляющие, которые существуют в железоуглеродистых сплавах.
В точке С при 1147 °С и содержании 4,3% углерода из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустенит и цементит первичный, образуя эвтектику, называемую ледебуритом (LC → АЕ + Ц).
На линии эвтектического превращения ЕСF (1147 °С) сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67% окончательно затвердевают с образованием эвтектики (ледебурита).
Превращения, протекающие при затвердевании сплавов, называют первичной кристаллизацией. В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содержанием углерода до 2,14% образуется однофазная структура — аустенит. Сплавы железа с углеродом, в которых в результате первичной кристаллизации в равновесных условиях получается аустенитная структура, называют сталями. Следовательно, сталь — это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14%.
Сплавы с содержанием углерода более 2,14%, в которых при кристаллизации образуется эвтектика (ледебурит), называют чугунами. Следовательно, чугун — это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2,14%. В рассматриваемой системе практически весь углерод находится в связанном состоянии, в виде цементита. Излом таких чугунов светлый, блестящий (белый излом), поэтому такие чугуны называют белыми.
В железоуглеродистых сплавах превращения происходят также и в твердом состоянии, т. е. после полного затвердевания, называемые вторичной кристаллизацией и характеризуемые линиями GSE, PSK, PQ.
Критические точки, лежащие на линии GS, обозначаются А3 , при нагреве их обозначают Ас3, а при охлаждении — Ar3.
Линия SE показывает, что с понижением температуры растворимость углерода в аустените уменьшается. В результате из аустенита выделяется избыточный углерод с образованием цементита, называемого вторичным. Критические точки, лежащие на линии SE, обозначаются Аст.
Линия PSK (727 °С) — это линия эвтектоидного превращения. На этой линий во всех железоуглеродистых сплавах аустенит распадается, образуя структуру, представляющую собой механическую смесь феррита и цементита называемую перлитом (АS → ФР + Ц). Критические точки, лежащие на линии PSK, обозначаются А1, при нагреве их обозначают Ас1 а при охлаждении — Аr1.
Ниже 727 °С железоуглеродистые сплавы имеют следующие структуры. Стали, содержащие углерода менее 0,8%, имеют структуру феррит + перлит и называются доэвтектоидными сталями.
Сталь с содержанием углерода 0,8% имеет структуру перлита и называется эвтектоидной сталью.
Стали с содержанием углерода от 0,8 до 2,14% имеют структуру цементит + перлит и называются заэвтектоидными сталями.
Белые чугуны с содержанием углерода от 2,14 до 4,3% имеют структуру перлит + вторичный цементит + ледебурит и называются доэвтектическими чугунами.
Белый чугун с содержанием углерода 4,3% имеет структуру ледебурита и называется эвтектическим чугуном.
Белые чугуны с содержанием углерода от 4,3 до 6,67% имеют структуру цементит первичный + ледебурит и называются заэвтектическими чугунами.
Линия PQ показывает, что с понижением температуры растворимость углерода в феррите уменьшается. В результате из феррита при охлаждении выделяется избыточный углерод с образованием цементита, называемого третичным.