19 вопрос. Структурное упрочнение материалов.

        Повышение прочности термически обработанного сплава с нерекристаллизованной (полигоинзованной) структурой в сравнении с тем же сплавом, имеющим рекристаллизованную структуру. С. у. наблюдается в прессованных, штампованных и катаных полуфабрикатах из алюминиевых и др. сплавов в тех случаях, когда температура рекристаллизации материала выше температуры закалки сплава. Впервые этот эффект был замечен на прессованных изделиях, отличающихся более высокой температурой рекристаллизации, и получил применительно к ним название Пресс-эффекта.

         Эффект С. у. зависит от степени рекристаллизации закалённого сплава, которая, в свою очередь, определяется составом сплава, технологическими параметрами обработки давлением (степень, скорость и температура деформации) и режимами термической обработки. С. у. можно рассматривать как результат предварительной термомеханической обработки, оно может быть также получено при высокотемпературной термомеханической обработке. Величина С. у. тем больше, чем выше плотность дислокаций в закалённом нерекристаллизованном сплаве.

Критическое (касательное) напряжение сдвига - Напряжения, возникающие при сдвиге материала вдоль плоскостей скольжения. Также называемые критическими допустимыми сдвиговыми напряжениями, если напряжения сдвига вызваны растягивающими или сжимающими силами, действующими на кристалл.

33 вопрос. Влияние примесей на процесс кристаллизации

Часто источником образования зародышей являются всевозможные твердые частицы (примеси - неметаллические включения, окислы и т.д.). Частицы примеси должны иметь одинаковую кристаллическую решетку с затвердевающим металлом, параметры решетки могут отличаться не более чем на 9%.

Наличие примесей приводят и уменьшают размер R_к, работы его образования, затвердевание жидкости начинается при меньшем ΔТ, чем при самопроизвольном зарождении.

Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно (гетерогенное образование зародышей).

Примеси делятся:

1) влияющие на число зародышей (взвешенные примеси);

2) изменяющие свободную энергию системы (растворенные примеси в жидком металле - при затвердевании осаждаются в виде тонкого слоя на поверхности растущего кристалла, что приводит к уменьшению поверхностной энергии);

Модифицирование - использование сᴨȇциально вводимых в жидкий металл примесей (модификаторов) для получения мелкого зерна по описанному выше механизму.

Эти примеси не изменяют химического состава сплава, но измельчают зерно, улучшая свойства металла.

Виды примесей:

1) тугоплавкие соединения (влияют на число центров кристаллизации - ТiC, VC, VN, NbC, Al₂O₃ - нитриды, карбиды, оксиды - кристаллизуются в ᴨȇрвую очередь); для стали применяют - Al, V, Ti;

2) поверхность активные модификаторы: для никелевых и железных сплавов - В (бор), для чугуна Мg (магний).

46 вопрос. Имеются две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе Fe – Fe₃C (железо-цементит), и стабильная, характеризующая превращение в системе Fe – C. Фазовые превращения в железоуглеродистых сплавах. Диаграмма железо-цементит.  На рис. 28 представлена диаграмма железо-цементит. При охлаждении железоуглеродистых расплавов происходят фазовые превращения: 1. Перетектическая реакция: α - твердый Остатки g - твердый раствор расплава 1493 раствор Точка Н + Точка В _____ Точка I 0.1 % С 0.51 % С 0.16 % С

Рис. 28 Диаграмма железо-цементит (метастабильная).

2. Эвтектическая реакция: Расплав γ - твердый Fe3C Точка С 1147 С раствор + Точка F 4,3 % С _____ Точка Е 6,67 % С 2.06 % С 3. Эвтектоидная реакция : γ – твердый α - твердый Fe3C раствор 723 С раствор + точка К Точка S ______ Точка Р 6,67 % С 0.8 % С 0.02 % С

На рис. 28 - кривая ликвидуса ABCD; - кривая солидуса AHIECF; - углерод понижает температуру плавления железа (линия ABC); - железо также понижает температуру плавления углерода (и Fe3C) (V- образная форма диаграммы, D - C); - температура А4 (линия NH) растет c увеличением содержания углерода (линия N - I); - температура А3 (линия GOS) уменьшается с увеличением содержания углерода; - область γ - твердого раствора расширяется с увеличением содержания углерода. Э в т е к т о и д н ы й сплав: точка S = 0.83 % С = перлит. Д о э в т е к т о и д н ы е сплавы: от точки Р к точке S = 0.02 до 0.83 % С = α - Fe + перлит. З а э в т е т о и д н ы е сплавы: от точки S к перпендикуляру из точки Е= от 0.83 до 2,06 % С= Fe3C + перлит. Э в т е к т и ч е с к и й сплав: точка С = 4.3 % С = ледебурит. Д о э в т е т и ч е с к и е сплавы : от перпендикуляра из точки Е к перпендикуляру из точки С = от 2.06 до 4.3 % С = Fe3C + перлит + ледебурит. З а э в т е к т и ч е с к и е сплавы: от точки С к точке F (перпендикуляр); более 4.3% С = Fe3C + ледебурит.

Кристаллизация белых чугунов происходит при быстром охлаждении с образованием цементита и перлита. Белый чугун обладает большой твердостью и хрупкостью. Тот же чугун, быстро охлажденный только с поверхности (отбеленный), используют для изготовления деталей, работающих в условиях повышенному абразивного износа.

Процессы кристаллизации и структурообразования в чугунах отражает подсистема диаграммы железо-углерод. Белые чугуны образуются при быстром охлаждении и их структура описывается метастабильной диаграммой.

Структура белых чугунов зависит от содержания углерода и они классифицируются по структуре и содержанию углерода следующим образом: чугуны с содержанием углерода до 4,3% (левее точки С) называются доэвтектическими, с содержанием углерода 4,3% (точка С) – эвтектическими, с содержанием углерода более 4,3% (правее точки С) – заэвтектическими.

Эвтектический белый чугун. Сплав 2.

 

В точке С при постоянной температуре 1130°С происходит кристаллизация жидкости по реакции Жс®А_Е +Ц_F. Образующаяся смесь аустенита и цементита называется ледебуритом и представляет собою пластины цементита со столбиками аустенита в них. После окончания кристаллизации сплав будет охлаждаться далее. Содержание углерода в столбиках аустенита при охлаждении будет уменьшаться по линии SЕ. На линии PSK аустенит будет содержать 0,8% (т.S) и распадается на перлит.

Ниже линии РSК ледебурит будет состоять из пластин цементита и столбиков перлита в них.

Белые чугуны редко используются в народном хозяйстве в качестве конструкционных материалов, так как из-за большого содержания цементита очень хрупкие и твердые, с трудом отливаются и обрабатываются инструментом. Из них делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в условиях повышенного абразивного изнашивания. Для увеличения изно-состойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами.

60 вопрос. Способы закалки

• Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.

• Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например, воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).

• Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ.

• Ступенчатая закалка — закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.

• Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.