- •Материаловедение
- •Лекция 1. Строение и свойства материалов
- •1.1. Материаловедение как научная дисциплина
- •1.2. Типы связей между атомами и молекулами
- •1.3. Атомно-кристаллическая структура металлов
- •1.4. Строение реальных кристаллических материалов
- •Лекция 2. Основы теории кристаллизации
- •2.1. Понятие фазы
- •2.2. Первичная кристаллизация
- •2.3. Форма кристалла и строение слитка
- •2.4. Вторичная кристаллизация
- •Лекция 3. Изменение структуры и свойств металлов в процессе пластической деформации
- •3.1. Виды деформаций
- •3.2. Механизмы пластической деформации и деформационное упрочнение
- •3.3. Процессы, происходящие в наклепанных металлах при нагреве
- •Лекция 4. Основы теории сплавов
- •4.1. Основные фазы в сплавах
- •4.2. Диаграмма состояния
- •Лекция 5. Диаграммы фазового равновесия
- •5.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.2. Диаграмма состояния сплавов с полной нерастворимостью в твердом состоянии
- •5.3. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.4. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих превращения в твердом состоянии
- •5.5. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химическое соединение
- •5.6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния (правило Курнакова н.С.)
- •Лекция 6. Железо и его сплавы
- •6.1. Железо как конструкционный материал
- •6.2. Диаграмма состояния «железо - цементит»
- •6.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей
- •6.4. Виды чугунов
- •Лекция 7. Теория термической обработки
- •7.1. Сущность термообработки
- •7.2. Превращение перлита в аустенит при нагреве
- •7.3. Превращения аустенита при охлаждении
- •7.4. Превращения, протекающие при нагреве закаленной стали
- •Лекция 8. Технология термической обработки
- •8.1. Виды термической обработки
- •8.2. Отжиг
- •8.3. Закалка
- •8.4. Нормализация
- •8.4. Отпуск
- •Лекция 9. Термомеханическая и химико-термическая обработка стали
- •9.1. Термомеханическая обработка
- •9.2. Химико-термическая обработка
- •Лекция 10. Машиностроительные стали
- •10.1. Виды машиностроительных сталей
- •10.2. Стали, не упрочняемые термической обработкой
- •10.3. Стали, упрочняемые в поверхностном слое
- •10.4. Стали, упрочняемые по всему сечению
- •10.5. Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием
- •Лекция 11. Инструментальные стали и сплавы
- •11.1. Требования к инструментальным сталям и сплавам
- •11.2. Углеродистые инструментальные стали
- •11.3. Легированные стали для режущего инструмента
- •11.4. Твердые сплавы
- •11.5. Нетеплостойкие штамповые стали
- •11.6. Теплостойкие штамповые стали
- •11.7. Стали для измерительного инструмента
5.5. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химическое соединение
Диаграмму состояния сплавов, в которых присутствует устойчивое химическое соединение , можно разделить на две части, в каждой из которых оно играет роль самостоятельного компонента.
На рисунке представлена диаграмма для случая, когда компоненты и химическое соединение взаимно полностью нерастворимы.
5.6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния (правило Курнакова н.С.)
Если при сплавлении компонентов образуется механическая смесь фаз, то свойства сплава с изменением состава изменяются по закону прямой линии.
Если компоненты при сплавлении образуют неограниченный твердый раствор, то его свойства изменяются по криволинейному закону с максимумом или минимумом.
Если при сплавлении компонентов образуются ограниченные твердые растворы, то в той части, где имеют место однофазные области твердых растворов, свойства изменяются по закону кривой линии. В двухфазных областях свойства изменяются аддитивно.
Если компоненты образуют химическое соединение, то его составу соответствует максимум или минимум на кривой изменения свойств (сингулярная точка).
Лекция 6. Железо и его сплавы
6.1. Железо как конструкционный материал
Сплавы на основе железа (стали и чугуны) в настоящее время являются основными конструкционными материалами, обеспечивая высокий уровень механических и технологических свойств наряду с относительно низкой стоимостью.
Технически чистым считается железо, содержащее ипримесей (железо Армко). Железо имеет несколько полиморфных превращений:
Технически чистое железо – мягкий и малопрочный материал, который не применяется в качестве конструкционного. В то же время сплавы железа с углеродом по сравнению с технически чистым железом имеют повышенные прочностные, эксплуатационные и некоторые технологические свойства.
6.2. Диаграмма состояния «железо - цементит»
Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит и графит.
Феррит – твердый раствор внедрения углерода в . Он имеет решетку ОЦК; низкая растворимость углерода в() обусловлена малыми размерами пор в ОЦК – решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена располагаться на дефектах (вакансиях, дислокациях). Феррит – мягкая, пластичная фаза с твердостью.
Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в . Он имеет ГЦК – решетку, межатомные размеры которой почти в два раза больше, чем в ОЦК, поэтому растворимость углерода вдостаточно велика и составляет. Аустенит пластичен, но более прочен, чем феррит ().
Цементит – химическое соединение железа с углеродом . Он содержитуглерода и имеет сложную ромбическую решетку. Цементит тверд () и хрупок. При высоких температурах цементит разлагается на графит и аустенит.
Графит – углерод в свободном состоянии. Он имеет гексагональную решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен и мягок ().
В системе «железо - цементит» происходят три изотермических превращения:
перитектическое ();
эвтектическое (), в результате которого образуется эвтектика – ледебурит (Аустенит(Перлит) + Цементит). Эта фаза содержит, имеет большую твердость () и хрупкость.
эвтектоидное (), которое приводит к образованию эвтектикиперлита (Феррит + Цементит) с содержанием углерода. Перлит имеет среднюю твердость () и пластичность.
Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода меньше 2,14% называются сталями, сплавы с большим содержанием углерода – чугунами.
Легирующими называются элементы (), специально вводимые в сталь или чугун для улучшения свойств и структуры. Соответственно, различают стали углеродистые и легированные.
По структуре, формирующейся в условиях равновесия, легированные стали делят на 6 классов: перлитный, аустенитный, ферритный, полуферритный, полуаустенитный и ледебуритный.
Ледебуритные стали содержат эвтектику, одной из составляющих которой являются карбиды. Такие стали содержат повышенное количество карбидообразователей () и углерода.
Легированные стали ферритного класса образуются при относительно низком содержании углерода и большом содержании таких легирующих элементов, как , ограничивающих область существования аустенита и расширяющих область существования феррита. Их структура - легированный феррит.
Аустенитные стали получают при высоком содержании в них никеля, марганца, а также азота. Структура этих сталей часто состоит из смеси феррита и аустенита, и, в зависимости от преобладающей фазы их относят к феррито – аустенитным или к аустенито – ферритным.