material / материаловеденье-1 / отв / Š‡€Œ… / Материаловедение ТХТ / материаловедение шп

4. Поры кристаллических решёток.

В пространственной решетке помимо атомов

имеется свободное пространство, образующее

поры. Различают октаэдрические и

тетраэдрические поры.

Радиус октаэдрической поры элементарной

кристаллической ячейки решетки ГЦК

составляет 0,41 радиуса основного атома

(иона), а радиус тетраэдрической – лишь 0,22.

поры локализованы в центре ячейки и

посередине ее ребер.

Радиус пор октаэдрического типа в решетке

ОЦК (6 в центре граней и 12 в середине

ребер) составляет 0,154 радиуса атома. 24

поры тетраэдрического типа, расположенные

по 4 на гранях ячейки, могут принимать

«чужой» атом с радиусом 0,29 от радиуса

атома основного металла.

Радиусы 6 пор октаэдрического типа в

решетке ГПУ и 20 пор тетраэдрического типа

составляют соответственно r=0,14R и

r=0,225R, где R – радиус основного атома

ячейки.

5. Анизотропия кристаллов.

Полиморфизм. Полиморфизм (многообразие

формы). Некоторые М в зависимости от t?

могут изменять тип кристаллической

решётки. Полиморфизм (аллотропия) –

явление, когда 1 и тот же М при разных t?

имеет разные кристаллические решётки.

Принято обозначать полиморфную

модификацию, устойчивую при более низкой

t?, индексом ?, при более высокой ?, затем ?

и т.д. Н-р, Fe: до 910?: ОЦК ?Fe; 910?-1392?:

ГЦК ?Fe; >1392?: ОЦК ?Fe. t? полиморфного

превращения - t? превращения одной

кристаллической модификации в другую. На

явлении полиморфизма основана термическая

обработка. При переходе из одной

полиморфной формы в др меняются св-ва, в

частности ? и соответственно V вещ-ва. Н-р,

? ?Fe на 3% больше ? ?Fe, а удельный V

соответственно меньше. Эти изменения V

необходимо учитывать при термообработке.

(Олово: при низкой t? происходит

полиморфное превращение пластичного

белого олова с образованием хрупкого серого

порошка серого олова – «оловянная чума»).

Анизотропия свойств кристаллов

(неодинаковость). Плотность расположения

атомов по разным плоскостям в кристалле

неодинакова, а расстояния м/у атомами в

плоскости тоже разное. Даже в 1 и той же

плоскости расстояния м/у атомами в разных

направлениях разное. Подобная

неодинаковость св-в в ТВ телах,

представляющих собой 1 кристалл

(монокристалл), наз-ся анизотропией. Т.о,

кристалл анизотропен, в отличие от

аморфных тел, кот изотропны. Анизотропия

может приводить к дефектам М (расслоению,

волнистости). Анизотропию необходимо

учитывать при конструировании и разработке

технологии получения деталей.

Квазиизотропность – кажущаяся

независимость св-в от направления испытания

(для поликристаллов).

6. Точечные дефекты (ТД) кристаллов, их

влияние на свойства кристаллов. Реальные

кристаллы никогда не имеют идеально

правильной кристаллической решётки.

Правильное расположение атомов в

пространстве в той или иной степени

нарушается из-за тепловых колебаний. В

кристаллах всегда имеются химические

нарушения в виде инородных примесных

атомов. Т.о, в реальных условиях крист

решётка никогда не бывает совершенной, есть

всегда дефекты. Геометрич признаки

классификации дефектов, по кот дефекты

разделяют на: 1) точечные; 2) линейные; 3)

поверхностные. Точечные имеют размеры,

близкие к размерам атомов. ТД образуются в

процессе кристаллизации под воздействием

тепловых, механич, электрич воздействий;

при облучении нейтронами, электронами,

рентгеновскими лучами. Типы ТД: а)

вакансии; б) межузельные атомы

(дислоцированные); в) примесные атомы.

РИС тетр!!! Вакансии и межузельные атомы

могут возникать при ? t?, выше абсолютного

0К. ? t? соответствует своя концентрация

вакансий. Из всех точечных дефектов

вакансия явл самой важной, т.к. именно они

способствуют перемещению атомов внутри

кристаллов и за это отвечают (т.е. происходит

диффузия). Т.е. присутствие вакансий

объясняет возможность диффузии –

перемещение атомов на расстояния,

превышающие средние межатомные

расстояния для данного М. Перемещение

атомов осуществляется путём обмена

местами с вакансиями. Различают

самодиффузию (перемещения атомов не

изменяют их концентрацию в отдельных

объёмах) и гетеродиффузию (перемещения

атомов сопровождаются изменением

концентрации; хар-на для сплавов с высоким

содержанием примесей). Влияние: Все виды

ТД приводят к локальным изменениям

межатомных расстояний и ==> искажают крист

решётку. При этом ? сопротивление решётки

дальнейшему смещению атомов, что

способствует упрочнению кристаллов и ? их

электросопротивление. ТД влияют в

определённой мере на физич св-ва. В

технически чистых М ТД ? электрич

сопротивление. На механич св-ва ТД влияют

мало.























1. Типы металлических связей в твёрдых

телах. Энергия межатомных связей:

ионная, ковалентная, металлическая.

Ковалентная связь образуется м/у атомами 1

или нескольких хим элементов с близкими

ионизационными ?. Появление между

положительно заряженными ионами пары

отрицательно заряженных электронов

приводит к тому, что оба иона притягиваются

к обобществленным электронам и, тем

самым, притягиваются друг к другу. ? атом

взаимодействует с ограниченным числом

соседей, причем число соседей = числу

валентных е атома ==> КС насыщенна. Атом

взаимодействует тлк с теми соседями, с кот

он обменялся е- т. е, КС направлена. Ионная

связь образуется при взаимодействии атомов

с малым количеством валентных е и атомов с

большим количеством е на валентных

оболочках. При этом наружные е атомов с

низкими ? ионизации переходят на валентные

оболочки атомов с высокими

ионизационными ?. В результате образуются

«+» и «-» заряженные ионы, взаимно

притягивающиеся электростатическими

силами. ИС ненасыщенна, т.к ? из «-»

заряженных ионов притягивает к себе «+»

заряженные, а ? из «+» заряженных ионов

притягивает к себе все «-» заряженные. ИС

направлена, т.к. ион притягивает к себе

разноименно заряженные ионы и отталкивает

одноименно заряженные. ? размера иона и

увеличение его q ведет к ? энергии связи ==> ?

tПЛ? материала, ? коэффициента теплового

расширения и к ? модуля упругости.

Металлическая связь образуется м/у атомами

1 или нескольких химических элементов, у

которых валентные электронные оболочки

застроены меньше чем на половину.

Поскольку энергия иона min при полностью

заполненной внешней оболочке, атомы

отдают внешние валентные t и превращаются

в «+» заряженные ионы, м/у кот находятся

свободные е (электронный газ). ? из «+»

заряженных ионов притягивается к

свободным е, и, тем самым, ионы

притягиваются друг к другу. МС

ненаправленная и ненасыщенна.

2. Пространственная кристаллическая

решетка. Элементарная кристаллическая

ячейка. Параметры ячейки. Строение

твёрдых кристаллических тел. В твёрдых

кристаллических телах расположение атомов

в пространстве повторяется периодически в 3

измерениях. Если ч/з ЦМ атомов провести

линии, то образуется пространственная

кристаллическая решётка, в кот можно

выделить min V, перемещая кот в

направлении 3 осей координат, можно

построить всю пространственную

кристаллическую решетку. Этот min V наз-ся

элементарной кристаллической ячейкой. Для

описания крист ячейки используют 6 величин:

3 отрезка, равные расстояниям до ближайших

элементарных частиц по осям координат a, b,

с и 3 угла м/у этими отрезками ?, ?, ?.

Соотношения м/у этими величинами

определяют форму ячейки. РИС ТЕТР!!! 1)

a=b=c, ?????=90? - кубическая решётка; 2)

a?b?c, ??????90? - трёхклинная фигура.

Размер элементарной крист решётки

оценивают отрезки a, b, с. Их называют

периодами решётки. Зная периоды решётки,

можно определить ионный или атомный

радиус элемента. Он равен половине

наименьшего расстояния м/у частицами в

решетке.


3. Основные типы кристаллических

решёток М. Координационное число,

плотность упаковки, коэффициент

компактности. За редким исключением все

крист решётки М складываются в 3 типа: 1)

В ОЦК атомы расположены в вершинах куба,

а 1 атом – в центре его объёма. Параметры

ОЦК решётки: К8; число атомов,

приходящихся на 1 элементарную ячейку

n=1+(1/8)?8=2. 2) В ГЦК атомы расположены

в вершинах куба и в центре ? грани.

Параметры ГЦК решётки: К12; число

атомов, приходящихся на 1 элементарную

ячейку (1/8)?8+(1/2)?6=4. 3) В ГПУ атомы

расположены в вершинах и центре

шестигранных оснований призмы, а 3 атома –

в средней плоскости призмы. К12; с/а=1,633

– идеальная ГПУ. Общие геом св-ва

кристаллов, с помощью кот можно их

описывать: 1) КЧ; 2) плотность упаковки –

отношение V атомов, приходящихся на 1

элементарную ячейку, к V всей ячейки; 3)

число атомов, приходящихся на 1

элементарную ячейку. Для хар-ки крист

решёток введены понятия КЧ и

коэффициента компактности. КЧ – число

атомов, расположенных на min и равных

расстояниях от данного атома. Для ОЦК

КЧ=8, для ГЦК и ГПУ КЧ=12 ==> ОЦК менее

компактна, чем ГЦК и ГПУ. В ОЦК ? атом

имеет всего 8 ближайших соседей, а в ГЦК и

ГПУ их 12. Если принять, что атомы в

решётке представляют собой упругие

соприкасающиеся шары, то в решётке кроме

этих атомов есть значительное свободное

пространство. Плотность крист решётки, т.е.

объём, занятый атомами, хар-ся

коэффициентом компактности

, где R – радиус атома (иона),

n – число атомов, приходящихся на 1

элементарную ячейку, V – объём

элементарной ячейки. Для ОЦК

n=1+(1/8)?8=2, QОЦК=68%. QОЦК и QГПУ=74%

==> ГЦК и ГПУ более компактны, чем ОЦК.




















7. Линейные дефекты (ЛД) кристаллов, их

влияние на свойства кристаллов. Реальные

кристаллы никогда не имеют идеально

правильной кристаллической решётки.

Правильное расположение атомов в

пространстве в той или иной степени

нарушается из-за тепловых колебаний. В

кристаллах всегда имеются химические

нарушения в виде инородных примесных

атомов. Т.о, в реальных условиях крист

решётка никогда не бывает совершенной, есть

всегда дефекты. Геометрич признаки

классификации дефектов, по кот дефекты

разделяют на: 1) точечные; 2) линейные; 3)

поверхностные. Линейные дефекты имеют

размеры, в 2 направлениях близкие к

размерам атомов, а в 3 направлении –

размеры, близкие к размерам кристаллов.

Наиболее важный вид ЛД - дислокации.

Поведение дислокаций определяет важнейшие

механич св-ва: прочность и пластичность.

Проще всего ввести дислокацию в кристалл

можно путём незавершённого сдвига. РИС!!!

Сдвинем верхнюю часть кристалла до линии

АВ. АВ – граница сдвига = дислокация.

Чтобы понять, что произошло в кристалле в

рез-те незавершённого сдвига, сделаем

сечение кристалла плоскостью, ? линии

дислокации. В верхней части кристалла есть

полуплоскость, кот не имеет продолжения в

нижней части кристалла. Это

экстраплоскость. Вдоль её нижнего края ч/з

весь кристалл тянется область искажения

(несовершенства). Это и есть дислокация.

Аннигиляция – исчезновение дислокаций из-за

«встречи». Плотность дислокации – осн хар-

ка дислокационной структуры. Под ?

дислокации понимают суммарную длину

дислокаций в единице V. (см-2). В

тщательно выращенном монокристалле ?

дислокации небольшая. В поликристалле

(хорошо отожжённом) ? дефектов 105-107. В

деформированном М ? дислокации может

доходить до 1010-1012.

8. Поверхностные дефекты (ПД)

кристаллов, их влияние на свойства

кристаллов. Реальные кристаллы никогда не

имеют идеально правильной кристаллической

решётки. Правильное расположение атомов в

пространстве в той или иной степени

нарушается из-за тепловых колебаний. В

кристаллах всегда имеются химические

нарушения в виде инородных примесных

атомов. Т.о, в реальных условиях крист

решётка никогда не бывает совершенной, есть

всегда дефекты. Геометрич признаки

классификации дефектов, по кот дефекты

разделяют на: 1) точечные; 2) линейные; 3)

поверхностные. Поверхностные дефекты в 1

измерении имеют размер, сопоставимый с

размерами атома, в 2 др – размеры кристалла.

Если не принять спец мер, ? кусок М состоит

из большого числа кристаллов. Есть

поверхность, отделяющая в куске М 1

кристалл от др. Эта граница зёрен

представляет собой дефект. РИС!!! 1,2 –

зёрна; 3 – граница, в кот расположение атомов

нарушено. Влияние: т.к. границы зёрен

препятствуют перемещению дислокаций и

являются местом повышенной концентрации

примесей, то они оказывают существенное

влияние на механич св-ва М.

9. Строение металлических сплавов. Сплав.

Система. Компонент. Фаза. Чистые М

находят ограниченное применение в качестве

конструкционных материалов, т.е.

материалов, используемых для изготовления

д/м и др конструкций. Большинство хим

элементов используют в промышл в

сочетании с др элементами, кот добавляют

для улучшения тех или иных хар-к

материалов. В совр технике до 92-93%

конструкционных материалов приходится на

металлические сплавы. Сплав представляет

собой макроскопически однородное вещ-во,

состоящее из 2 или более М (М и неМ) с

характерными металлическими свойствами

(прочность, электро- и теплопроводность).

Сплав - ? однородное вещ-во, полученное

сплавлением нескольких элементов (М, неМ,

оксидов, органич вещ-в т т.д.) Компоненты

сплава - индивидуальные хим вещ-ва (не

обязательно хим эл) – бертоллиды и

дальтониды, из кот образуется сплав. В

зависимости от числа компонентов сплавы

могут быть двойные, тройные и т.д. В рез-те

взаимодействия м/у компонентами

образуются разные по хим составу, строению

кристаллические фазы. Фаза – однородная по

хим составу и строению часть сплава,

отделенная от др частей (фаз) поверхностью

раздела. При переходе ч/з границу раздела м/у

разными фазами св-ва меняются скачком.

Под структурой понимают форму, размеры и

хар-р взаимного расположения фаз в сплаве.

Фазовый состав и структура,

определяющиеся св-ва сплава, зависят от

состава и технологии его обработки.

Компоненты, находящиеся в физико-хим

взаимодействии м/у собой и образующие

различные фазы, составляют ТД-ю систему.

Система может 1,2 и многокомпонентной. В

зависимости от атомно-кристаллического

строения все фазы, образующиеся в сплавах,

разделяют на виды: 1) промежуточные

соединения образуются при взаимодействии

компонентов в сплавах. Они представляют

собой крист фазы и при образовании ПФ

возникает; 2) твёрдые растворы - фазы, в кот

1 из компонентов (растворитель) сохраняет

свою крист решётку, а атомы др

(растворяемых) компонентов располагаются

в его решётке, искажая её. Тв р-ры

образуются в том случае, когда атомы разных

эл, смешиваясь в разных соотношениях,

способны образовать общую

кристаллическую решётку. При этом общей

крист решёткой явл решётка 1 из

компонентов. Компонент, на основе крист

решётки кот образуется тв р-р, наз-ся

растворителем. Тв р-ры явл

кристаллическими фазами переменного

состава.

















10. Твёрдые растворы (понятие). Твёрдые

растворы замещения и внедрения. Тв

растворами наз-ся фазы, в кот 1 из

компонентов (растворитель) сохраняет свою

крист решётку, а атомы др (растворяемых)

компонентов располагаются в его решётке,

искажая её. Тв р-ры образуются в том случае,

когда атомы разных эл, смешиваясь в разных

соотношениях, способны образовать общую

кристаллическую решётку. При этом общей

крист решёткой явл решётка 1 из

компонентов. Компонент, на основе крист

решётки кот образуется тв р-р, наз-ся

растворителем. Тв р-ры явл

кристаллическими фазами переменного

состава. Виды тв р-в: а) замещения; б)

внедрения. а) Тв р-ры замещения образуются

при замещении атомами растворённого

компонента в крист решётке атомов

растворителя. Тв р-ры замещения могут быть

ограниченными и неограниченными ==> кол-во

замещённых атомов может изменяться в

широких пределах. Неогранич р-ры

образуются в тех случаях, когда компоненты

могут замещать друг друга в крист решетке в

? количественных соотношениях.

Образование неогранич р-в – явление

достаточно нечастое. И это может произойти

тлк при выполнении след условий: 1) оба

компонента должны иметь одинаковый тип

крист решётки; 2) различие в атомных

размерах компонентов не должно превышать

15%; 3) оба компонента должны иметь

близкие ионизационные св-ва. Если хотя бы 1

из этих усл не выполняется, то растворимость

будет ограничена. Кроме того, эти условия

необх, но не всегда достаточны. б) Тв р-ры

внедрения образуются путём размещения

атомов растворённого компонента м/у узлами

компонента крист решётки растворителя.

Такие тв р-ры возникают при сплавлении

переходных М с неМ, имеющими малые

атомные размеры – Н, N, C, B. .

Тв р-ры внедрения всегда ограничены.

Образование тв р-в внедрения

сопровождается ? параметров крист решётки

и её искажением.

11. Промежуточные фазы (ПФ) образуются

при взаимодействии компонентов в сплавах.

Они представляют собой крист фазы и при

образовании ПФ возникает общая крист

решётка. Однако ПФ отлич от крист решёток

образующих её компонентов. В зависимости

от природы элементов, образующих

промежуточные связи, в них может быть "

тип связи. Структура ПФ зависит от 3

факторов: 1) от относит размера атомов; 2) от

валентности компонентов; 3) от положения эл

в ПСХЭ. В системах, образованных М и неМ,

возможны фазы с ионным типом связи. К

фазам с ионным типом связи относятся

оксиды: . ПФ с металлическим

типом связи образуется при взаимодействии

переходных М с неМ, имеющими малые

атомные размеры. При этом образуется новая

крист решётка, отличающаяся и от решётки

М, и от решётки неМ. Эти фазы наз-ся

соответственно гидриды (соединения с Н),

нитриды (с N), карбиды (с С) и бориды (с В).

Интерметаллиды – ПФ, образованные М и

М. К этим соединениям относят: 1)

электронные соединения – ПФ, хим состав и

структура кот определяется электронной

конфигурацией (отношение числа валентных

е- в соединении). Известны 3 типа этих

соединений: ?, j, ?. ?-фазы имеют

электронную конфигурацию ? ; j-фазы

— ; ?-фазы — . 2) Фазы Лавеса

описываются формулой АВ2. ? фаз Лавеса

определяется размерным фактором: .

Такое соотношение размеров атомов

позволяет им плотнейшим образом заполнить

пространство. 3) - связи образуются при

сплавлении м/у собой переходных М,

имеющих близкие атомные размеры.



12. Кристаллизация (К) М. Физическая

природа К. ? вещ-во может находиться в 3

агрегатных состояниях. Если взять чистые М,

то переход из 1 агрегатного состояния в др

происходит при вполне определённых t?. В

общем случае эти t? зависят от давления, т.е.

изменение давления влечёт за собой

изменения t?пл. Если взять все М, то их t?

занимают широкий интервал: от -38?С для

ртути до +3410?С для вольфрама.

Движущие F процесса кристаллизации. При

переходе М из одного агрегатного состояния

в др меняется уровень свободной энергии ==>

в природе все самопроизвольно протекающие

процессы происходят потому что новое

состояние в новых условиях явл

энергетически более устойчивым, т.е. обл

меньшим уровнем энергии. Энергетическое

состояние хар-ет свободная энергия: F=U-TS.

При ? t? F ? системы ?. Есть t?, при кот тв и

Ж состояния нах-ся в равновесии. Это

происходит при температуре TS, кот наз-ся

равновесной температурой. ТКР<TS ==> чтобы

пошла К жидкую фазу надо охладить ниже

равновесной температуры. TS–ТКР=?Т –

степень переохлаждения. TS const, а ТКР и ?Т

меняются. Движущая сила К – стремление ?

Спросить!!! Механизм К складывается из 2

элементарных процессов: 1) зарождение

центров К (зародышей); 2) ? центров К.

Структура будет зависеть от внешних

условий и соотношения этих 2 элементарных

процессов.

Кристаллизация сплавов. Переход из Ж

состояния в тв в сплавах, как и в чистых М,

происходит тлк при наличии переохлаждения.

Процесс К сплавов складывается из 2

процессов: 1) зарождение центров К

(зародышей); 2) ? центров К. Особенности К

сплавов: тв фазы, образующиеся при К

сплавов отличаются по составу от исходной

Ж ==> для образования устойчивого зародыша

при К сплавов необх колебания (или

флуктуация) концентрации. Поэтому ? роста

К в сплавах всегда ?, чем в чистых М.




























13. Механизм и кинетика

кристаллизации. К – процесс образования

твёрдых кристаллов из Ж или Г. Механизм

К складывается из 2 элементарных процессов:

1) зарождение центров К (зародышей); 2) ?

центров К. Экспериментально установлено,

что кристалл может расти тлк путём

одновременного присоединения определенной

группы атомов на какую-л грань. Такая

группа атомов наз-ся двумерным зародышем.

Следовательно, ? роста кристаллов

определятся вероятностью зарождения

двумерного зародыша и вероятностью его

присоединения к кристаллу за счёт диффузии.

Отсюда следует, что степень переохлаждения

влияет на линейную ? роста (ЛСР) аналогично

тому, как она влияет на скорость зарождения

центров (СЦЗ). Экспериментально

установлено, что максимум ЛСР чаще всего

соответствует меньшим степеням

переохлаждения, чем максимум СЦЗ, что

связано с тем, что вероятность образования

плоского зародыша выше, чем вероятность

образования объёмного зародыша. РИС 3

СТР 7 ЛАБА №6!!! Кривые на рис наз-ся

кривыми Таммана, кот впервые построил их

экспериментально. На основе их анализа

можно сделать вывод, что ЛСР и СЦЗ явл

функцией степени переохлаждения, кот, в

свою очередь, зависит от ? охлаждения – чем

больше ? охлаждения, тем большего

переохлаждения можно достигнуть.

Следовательно, изменяя условия охлаждения,

можно управлять процессом К. Конечный

размер зёрен определяется числом центров и

? роста кристаллов.

При переходе М из одного агрегатного

состояния в др меняется уровень свободной

энергии ==> в природе все самопроизвольно

протекающие процессы происходят потому

что новое состояние в новых условиях явл

энергетически более устойчивым, т.е. обл

меньшим уровнем энергии. Энергетическое

состояние хар-ет свободная энергия: F=U-TS.

При ? t? F ? системы ?. Есть t?, при кот тв и

Ж состояния нах-ся в равновесии. Это

происходит при температуре TS, кот наз-ся

равновесной температурой. ТКР<TS ==> чтобы

пошла К жидкую фазу надо охладить ниже

равновесной температуры. TS–ТКР=?Т –

степень переохлаждения. TS const, а ТКР и ?Т

меняются. Движущая сила К – стремление ?

Спросить!!!

14. Особенности кристаллизации сплавов.

Правило фаз. Кристаллизация сплавов.

Переход из Ж состояния в тв в сплавах, как и

в чистых М, происходит тлк при наличии

переохлаждения. Процесс К сплавов

складывается из 2 процессов: 1) зарождение

центров К (зародышей); 2) ? центров К.

Особенности К сплавов: тв фазы,

образующиеся при К сплавов отличаются по

составу от исходной Ж ==> для образования

устойчивого зародыша при К сплавов необх

колебания (или флуктуация) концентрации.

Поэтому ? роста К в сплавах всегда ?, чем в

чистых М. Общие закономерности

сосуществования устойчивых фаз,

отвечающих условиям равновесия, могут

быть выражены в матем форме правил фаз

Гиббса: степень свободы системы зависит от

концентрации, числа компонентов, фаз и

внешних компонентов: С=К-Ф+П, где С –

число степеней свободы, К – число

компонентов, Ф – число фаз, П внешние

переменные (t?, давление). Для металлических

сплавов правило фаз примет вид С=К-Ф+1,

т.к. для них внешним фактором равновесия

явл тлк t?. Правило фаз, устанавливая

количественную зависимость м/у Ф, К и П,

даёт возможность предсказать процессы,

проходящие в сплавах при нагреве и

охлаждении, и определить число фаз при

данных условиях. Под числом степеней

свободы (или вариантностью системы)

понимают число внешних П (t?, давление) и

внутренних (концентрация) факторов, кот

можно изменять без изменения числа фаз,

находящихся в равновесии. Вариантность не

может быть <0. Независимыми переменными

явл конц и t?. ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ

ОДНОКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ (К=1) ПРИ К.

РИС!!! Если число степеней свободы = 1

(система моновариантная), то процесс идёт

при переменной t? в определённом t?-ом

интервале. Двухкомпонентная система, в

кот при К образуется: а) 1 тв фаза: К=2, с=2-

2+1 ==> процесс К начинается и продолжается

в интервале t?, причём ? охлаждения ?.

РИС!!! б) 2 тв фазы: С=2-3+1=0 ==>

безвариантная ситуация. РИС!!! ДС строят в

координатах t? и конц. Если система

однокомпонентная, то ДС будет выглядеть

так: РИС!!! Если система двухкомпонентная:

РИС!!! ? тчк на ДС показывает состояние

конкретного сплава при конкретной t? и конц.

Изменение фазовых состояний конкретного

сплава отмечается на ДС точкой (тчк пл, тчк

К). Линии, соединяющие тчк аналогичный

превращений разных сплавов,

разграничивают на ДС области, аналогичные

фазовым превращениям.

15. Диаграмма состояния системы, в кот

компоненты неограниченно растворимы в

твёрдом состоянии и образуют эвтектику.

См отдельный документ


















16. Фазы и структурные составляющие в

системе Fe-C. Сплавы Fе с С – важнейшие

металлические сплавы соврем техники. Сюда

относятся стали и чугуны. Fe, как и ? др вещ-

во, никогда не бывает абсолютно чистым ==>

выделяют техническoe Fe и сплавы Fe. Технич

Fe содержит 99,8…99,9% Fe и до 0,1…0,2%

примесей. t?ПЛ (Fe) такой чистоты=1539?С.

Прочность технического Fe невысока при

высокой пластичности. В тв состоянии Fe

может ? в 2 модификациях в зависимости от

t?: до 910? и >1392?: ОЦК ?-Fe; 910?-1392?:

ГЦК ?-Fe. Кривая охлаждения фиксирует 2

полиморфных и 1 магнитное превращение. Стр

196 рис 6.2!!! При магнитном превращении

температурная остановка при 768?С связана не

с перестройкой крист решётки и

перекристаллизацией, а с внутриатомными

изменениями внешних и внутренних

электронных оболочек, кот и приводят к

изменению магнитных св-в. С ? VI группе

ПСХЭ. С встречается в природе в виде двух

основных модификаций: алмаза и графита. С

имеет гексагональную слоистую крист

решётку. С – мягкий материал и обладает

низкой прочностью. Прочность С с ? t?

аномально ?. При 2500?С С прочнее всех

тугоплавких М. С образует с Fe твёрдые р-ры

внедрения. Растворимость С в Feз зависит от

его крсталличекой формы. Диаметр поры

крист решётки ОЦК <<, чем диаметр поры

решётки ГЦК ==> ?-Fe способно растворять С в

очень малом количестве, а растворимость С в

?-Fe существенно больше. Влияние малого

размера октаэдрической поры в решётке ОЦК

на низкую растворимость С усугубляется ещё

тем, сама октаэдрическая пора несимметрична:

она вытянута по одной оси вследствие

воздействия на неё близлежащих атомов, в том

числе и в центре куба. В системе Fe-С

возможно присутствие следующих фаз:

жидкой фазы, твёрдых растворов на базе ?-Fe

(феррита (Ф)) и на базе ?-Fe (аустенита (А)),

химич соединения Fe3С (цементита (Ц)) и

графита. Ф – тв р-р внедрения С в ?-Fe. При

727?С наблюдается max растворимость С в Ф.

Св-ва Ф близки к свойствам чистого Fe. А – тв

р-р внедрения С в ?-Fe. При 1147?С А может

содержать до 2,14% С; при 727?С – 0,8% С. И

в Ф, и в А могут растворяться многие

легирующие элементы, образуя твёрдые р-ры

замещения и резко изменяя их св-ва.

Легирование может значительно изменять t?

границ существования этих фаз. Ц – карбид Fe

Fe3C, в кот содержится 6,67% С. t?ПЛ Ц =

1252?С. Обладает высокой твёрдостью, легко

царапает стекло. Ц оч хрупок, имеет почти

нулевую пластичность, сложную ромбическую

решётку с плотной упаковкой атомов. При

нагреве Ц распадается.



17. Деформация. Упругая и пластическая

деформация. Механизм пластической

деформации. Деформация (Д) – изменение

формы и размеров тела под действием

напряжений. Упругая Д (УД) – Д, возникающая

при сравнительно небольших напряжениях и

исчезающая после снятия нагрузки. Остаточная

или пластическая Д (ПД) – Д, кот сохраняется

после снятия нагрузки. При ? напряжения Д

может заканчиваться разрушением. На

диаграмме растяжения (стр 48 рис 2.1) УД

характеризуется линией ОА. Выше А

нарушается пропорциональность м/

напряжением и Д. Рост напряжения приводит

не тлк к УД, но и к остаточной ПД. УД и ПД

в своей физической основе отличаются.

Механизм УД. При УД происходит

обратимое смещение атомов из положений

равновесия в крист решётке. УД не вызывает

заметных остаточных изменений в структуре

и свойствах м. После снятия нагрузки

сместившиеся атомы под действием F

притяжения (при растяжении) или

отталкивания (при сжатии) возвращаются в

исх равновесное положение, и кристаллы

приобретают первоначальную форму и

размеры. Упругие св-ва материалов

определяются силами межатомного

взаимодействия. Механизм ПД. В основе

ПД ? необратимое перемещение одних частей

кристалла относит др. После снятия нагрузки

исчезает тлк упругая составляющая Д.

Пластичность (способность М перед

разрушением претерпевать значительную ПД)

явл одним из важнейших св-в М. Благодаря

пластичности о? обработка М давлением.

Пластичность позволяет перераспределять

локальные напряжения равномерно по всему

V М, что ? опасность разрушения. Для М

хар-но большее сопротивление растяжению

или сжатию, чем сдвигу ==> процесс ПД

представляет собой процесс скольжения

одной части кристалла относит др по

кристаллографической плоскости или

плоскостям скольжения с более плотной

упаковкой атомов, где наименьшее

сопротивление сдвигу. Скольжение о? в рез-

те перемещения в кристалле дислокаций. В

рез-те скольжения кристаллическое строение

перемещающихся частей не меняется. (рис

2.2) Др механизмом ПД явл двойникование,

кот о$ за счёт сдвига; происходит сдвиг части

кристалла в положение, соответствующее

зеркальному отображению несдвинутой

части. (Рис 2.3) Двойникование

сопровождается прохождением дислокаций

сквозь кристалл. При Д двойникованием

напряжение сдвига выше, чем при

скольжении. Двойники возникают тогда,

когда скольжение затруднено. Д

двойникованием обычно набл при низких t?

и высоких ? приложения нагрузки, т.к. в этих

случаях для скольжения необходимо высокое

напряжение сдвига. Двойники более

характерны для М с ГП решёткой (Ti, Mn,

Zn). Величина напряжения, необходимого для

о$ ПД, зависит от ? деформирования и t?. С ?

? деформирования достижение заданной Д

требует больших напряжений, а при ? t?

значение необходимых напряжений ?. Т.о, ПД

явл термически активируемым процессом.

При ? t? предел текучести большинства М ?.

М с ГЦК решёткой имеют значительно

меньшую зависимость предела текучести от

t?, чем М с др типами решёток.

18. Влияние пластической деформации на

структуру и свойства М и сплавов. Наклёп

упрочнение М под действием пластической

деформации. После снятии нагрузки,

превышающей предел текучести, в образце

останется остаточная деформация. При

повторном нагружении ? предел текучести М

и ? его способность к пластической

деформации, т.е. происходит упрочнение М.

При деформации зёрна меняют свою форму и

ориентировку, образуя волокнистую

структуру с преимущественной

ориентировкой кристаллов. Происходит

разворот беспорядочно ориентированных

зёрен осями наибольшей прочности вдоль

направления деформации. Зёрна

деформируются и сплющиваются,

вытягиваясь в направлении действующих сил

F, образуя волокнистую или слоистую

структуру. Преимущественная

кристаллографическая ориентировка зёрен

вдоль направления деформации наз-ся

текстурой М. Чем ? степень деформации, тем

? зёрен получает преимущественную

ориентировку. Образование текстуры

способствует появлению анизотропии свойств

вдоль и поперёк направления волокон. С ?

степени деформации механические св-ва,

характеризующие сопротивление

деформации, ?, происходит деформационное

упрочнение, а способность к пластической

деформации ?. Предел текучести растёт

интенсивнее, чем временное сопротивление, и

по мере ?степени пластической деформации

значения обеих характеристик сближаются. В

рез-те наклёпа механич св-ва меняются

существенно. Упрочнение при наклёпе

объясняется существенным ? плотности

дислокаций, характерным для процесса

пластической деформации. Плотность

дислокаций после холодной деформации ? на

несколько порядков по сравнению с

плотностью дислокаций отожжённого М.

Одновременно в процессе пластической

деформации ? кол-во точечных

несовершенств – вакансий и дислоцированных

атомов. С ? плотности дислокаций и

несовершенств кристаллического строения

затрудняется свободное перемещение

дислокаций. Все эти факторы способствуют

упрочнению М при наклёпе. Одновременно в

рез-те пластической деформации изменяются

физико-механич св-ва М. Наклёпанный М

имеет меньшую плотность, более высокое

электросопротивление, меньшую

теплопроводность, у него падает

устойчивость против коррозии. М с ГЦК

решёткой при наклёпе упрочняются более

сильно, чем М с ОЦК решёткой.


19. Классификация способов

термической обработки. Для придания

М и сплавам необход св-в их подвергают

термической обработке. Для этого М и

сплавы нагревают до опред t?, выдерживают,

а затем охлаждают с определённой ?. В рез-те

этого происходит изменение структуры ==>

получаем нужное нам св-во. ТО заключается

в тепловом воздействии на М и сплавы с

целью направленного изменения структуры и

свойств М и сплавов. ? То можно изобразить

графически в координатах t?, С и ?, сек.

Наклон говорит о ?. РИС!!! По графику

можем определить t? нагрева, ? выдержки, ?

охлаждения. График не говорит об изменении

структуры. Параметры ТО (t? нагрева, ?

выдержки, ? охлаждения, ? нагрева) по-

разному влияют на структурные изменения.

Соответственно структурным изменениям все

виды ТО делят на: 1) отжиг (I и II рода).

Отжиг – ТО, в процессе кот производится

нагрев деталей из стали до требуемой t? с

последующей выдержкой и медленным

охлаждением в печи для получения

однородной, равновесной, менее тв

структуры, свободной от остаточных

напряжений. Отжиг I рода – отжиг, при кот

нагрев и выдержка м производятся с целью

приведения его в однородное (равновесное

состояние) за счёт ? химич неоднородностей.

Виды О I-го рода: а) гомогенизационный

(ТО, при кот гл процессом явл устранение

последствий ликвации); б)

рекристаллизационный (ТО

деформированного М, при кот гл процессом

явл рекристаллизация М); в) О для снятии

напряжения. 2) закалка состоит в нагреве

стали выше её t? фазовых превращений,

выдержке для завершения всех превращений

и охлаждений с более высокой ? с целью

получения при комнатной t? неравновесных

структур, обеспечивающих более высокую

прочность и твёрдость стали: а) закалка без

полиморфного превращения; б) закалка с

полиморфным превращением (ТО,

заключающаяся в нагреве М выше t?

фазовых превращений с последующим

быстрым охлаждением для получения

структурно неравновесного состояния. 3)

отпуск – ТО, представляющая собой нагрев

закалённого сплава ниже t? фазовых

превращений для приближения его структуры

к более устойчивому состоянию. 4) ХТО: а)

диффузионное насыщение неМ (цементация,

азотирование, цианирование, борирование,

оксидирование); б) диффузионное насыщение

М (алитирование, хромирование,

силицирование, насыщение др М); в)

диффузионное удаление элементов

(обезводороживание и обезуглероживание). 5)

ТМО: а) ТМО стареющих сплавов; б) ТМО

сталей, закаливаемых на мартенсит. Первые 3

вида относятся к собственно ТО, там имеет

место тлк тепловое воздействие. При ХТО

одновременно с тепловым возд происходит

изменение в хим составе. При ТМО

происходит одновременное термич и механич

воздействие.


20. Отжиг I-го рода. Разновидности

отжига I-го рода. Отжиг – ТО, в процессе

кот производится нагрев деталей из стали до

требуемой t? с последующей выдержкой и

медленным охлаждением в печи для

получения однородной, равновесной, менее тв

структуры, свободной от остаточных

напряжений. Отжиг I рода – отжиг, при кот

нагрев и выдержка м производятся с целью

приведения его в однородное (равновесное

состояние) за счёт ? химич неоднородностей.

О I рода (М и сплавы не испытывают

фазовых превращений (Fe)); II рода

(происходит фазовая перекристаллизация).

Виды О I рода: 1) рекристаллизационный -

ТО деформированного М, при кот гл

процессом явл рекристаллизация М. РО

заключается в нагреве

холоднодеформированной стали выше

t? начала кристаллизации, выдержке при этой

t? и последующем медленном охлаждении.

Большая часть работы (90…95%)

затрачивается на пластическую деформацию

М, превращается в тепло, а ост часть

аккумулируется в М. О накоплении этой

энергии свидетельствует ? ? дефектов крист

решетки и рост напряжений. В рез-те

пластической деформации М приходит в ТД-

ки неустойчивое механическое состояние. В

рез-те изменяется структура, ? ? дислокаций,

что приводит к ? прочности. Это наз-ся

наклёп. М т.о. находится в энергетически

неустойчивом состоянии. М стремится

вернуться в устойчивое состояние с меньшим

уровнем свободной энергии. Чтобы могли в

М произойти необходимые изменения их

нагревают, и проводят РО. В начале при

нагреве до t?=0,2…0,3 от абсол t?ПЛ без

видимых изменений в структуре набл

восстановление некоторых св-в, начинает ?

электрическое сопротивление и ?

электропроводность. Для технически чистых

М при достижении t??0,4 от абсол t?ПЛ

начинается и происходит Р. РИС!!! Механизм

Р состоит из 2 элементарных процессов:

зарождение центров, рост центров. В рез-те

деформированные зёрна заменяются на

новые, недеформированные. Образование

новых равноосных зерён вместо старых

деформированных наз-ся первичной Р. В рез-

те первичной Р ? свободная энергия

(материал становится более устойчивым),

наклёп почти полностью снимается; св-ва,

включая прочность и пластичность,

восстанавливаются. Основной

характеристикой процесса Р явл t? начала К.

Она не явл физич const. t? начала К

составляет 0,4 от абсол t?ПЛ. Т.к. на t? влияет

оч много факторов, то её измеряют после

выдержки 1…2 часа при этой t?. Чем ? время

выдержки, тем при более ? t? может начаться

Р. Р зависит от степени предшествующей

деформации. РО используют в

промышленности как первоначальную

операцию перед холодной обработкой

давлением (для придания М

пластичности), как промежуточный

процесс м/у операциями холодного

деформирования (для снятия наклёпа) и

как окончательную ТО для придания

п/ф или изделию требуемых св-в. 2)

гомогенизационный (диффузионный). В

реальных условиях К происходит при

непрерывно изменяющейся t?. В рез-те в V

слитка или литой детали набл неоднородность

хим состава. Она может носить

макрохарактер (хим неоднородность в разных

частях отливки – зональная ликвация.

Ликвация = неоднородность хим состава) и

микрохарактер (в центре зёрен – один состав,

а на границе зёрен – др). Чаще всего

зональная ликвация рез-т естеств конвекции в

Ж сплаве. В рез-те К сплавов возникает

ликвация, кот нежелательна. Для устранения

ликвации и проводят диффузионный О.

Чтобы произошла диффузия, необх высокая

t? (0,9…0,95 t?ПЛ) и выдержка. Н-р,

диффузионный О стальных отливок проводят

при t??1300?С в течение 40…50 часов. 3) О

для снятия напряжения. Многие

технологические воздействия на

обрабатываемые детали сопровождаются

возникновением в них остаточных

напряжений, кот нежелательны. Для ?

остаточных напряжений проводят О для

снятия напряжения. Гл процессом,

происходящим при О для снятия напряжения

явл полная или частичная релаксация

остаточных напряжений. Этот процесс

протекает из-за того, что при определённой t?

отжига предел текучести стали становится

ниже остаточных напряжений и происходит

пластическая деформация, в рез-те кот

остаточные напряжения ? до значений

предела текучести. (Стр 265 рис 11.2) t?

нагрева в ? сплавах определённая. Чем ? t?

нагрева, тем быстрее и полнее снимается

остаточное напряжение. Но может оказаться,

что выбранная t? может приводить к

фазовым превращениям или

рекристаллизации, что недопустимо. Если

после технологического воздействия деталь

подвергают термообработке, то её побочным

эффектом может оказаться ? остаточного

напряжения. Если приходится специально

проводить О для снятия напряжения, то t?

надо выбирать такой, чтобы исключить

фазовые превращения ==> t? будут достаточно

низкие. Н-р, в стальных и чугунных

заготовках t?=400…500?С; в латунных п/ф

остаточное напряжение почти полностью

исчезает при t?=250…300?С. После выдержки

при определённой t? изделие необходимо

охлаждать медленно, чтобы не возникли

новые остаточные напряжения. В зависимости

от m изделия, его формы, от размеров

поперечного сечения, теплопроводности ?

охлаждения после О для снятия напряжения

может составлять 20…200?С/ч.

21. Диффузионный отжиг (ДО) (ч/з

неравновесную кристаллизацию). В

реальных условиях К происходит при

непрерывно изменяющейся t?. В рез-те в V

слитка или литой детали набл неоднородность

хим состава. Она может носить

макрохарактер (хим неоднородность в разных

частях отливки – зональная ликвация).

Ликвация = неоднородность хим состава) и

микрохарактер (в центре зёрен – один состав,

а на границе зёрен – др). Чаще всего

зональная ликвация рез-т естеств конвекции в

Ж сплаве. В рез-те К сплавов возникает

ликвация, кот нежелательна. Для устранения

ликвации и проводят диффузионный О.

Чтобы произошла диффузия, необх высокая

t? (0,9…0,95 t?ПЛ) и выдержка. Н-р,

диффузионный О стальных отливок проводят

при t??1300?С в течение 40…50 часов.

























22. Рекристаллизационный отжиг (РО).

Отжиг для снятия напряжения. РО

заключается в нагреве

холоднодеформированной стали выше

t? начала кристаллизации, выдержке при этой

t? и последующем медленном охлаждении.

Большая часть работы (90…95%)

затрачивается на пластическую деформацию

М, превращается в тепло, а ост часть

аккумулируется в М. О накоплении этой

энергии свидетельствует ? ? дефектов крист

решетки и рост напряжений. В рез-те

пластической деформации М приходит в ТД-

ки неустойчивое механическое состояние. В

рез-те изменяется структура, ? ? дислокаций,

что приводит к ? прочности. Это наз-ся

наклёп. М т.о. находится в энергетически

неустойчивом состоянии. М стремится

вернуться в устойчивое состояние с меньшим

уровнем свободной энергии. Чтобы могли в

М произойти необходимые изменения их

нагревают, и проводят РО. В начале при

нагреве до t?=0,2…0,3 от абсол t?ПЛ без

видимых изменений в структуре набл

восстановление некоторых св-в, начинает ?

электрическое сопротивление и ?

электропроводность. Для технически чистых

М при достижении t??0,4 от абсол t?ПЛ

начинается и происходит Р. РИС!!! Механизм

Р состоит из 2 элементарных процессов:

зарождение центров, рост центров. В рез-те

деформированные зёрна заменяются на

новые, недеформированные. Образование

новых равноосных зерён вместо старых

деформированных наз-ся первичной Р. В рез-

те первичной Р ? свободная энергия

(материал становится более устойчивым),

наклёп почти полностью снимается; св-ва,

включая прочность и пластичность,

восстанавливаются. Основной

характеристикой процесса Р явл t? начала К.

Она не явл физич const. t? начала К

составляет 0,4 от абсол t?ПЛ. Т.к. на t? влияет

оч много факторов, то её измеряют после

выдержки 1…2 часа при этой t?. Чем ? время

выдержки, тем при более ? t? может начаться

Р. Р зависит от степени предшествующей

деформации. РО используют в

промышленности как первоначальную

операцию перед холодной обработкой

давлением (для придания М

пластичности), как промежуточный

процесс м/у операциями холодного

деформирования (для снятия наклёпа) и

как окончательную ТО для придания

п/ф или изделию требуемых св-в. Отжиг

для снятия напряжения. Многие

технологические воздействия на

обрабатываемые детали сопровождаются

возникновением в них остаточных

напряжений, кот нежелательны. Для ?

остаточных напряжений проводят О для

снятия напряжения. Гл процессом,

происходящим при О для снятия напряжения

явл полная или частичная релаксация

остаточных напряжений. Этот процесс

протекает из-за того, что при определённой t?

отжига предел текучести стали становится

ниже остаточных напряжений и происходит

пластическая деформация, в рез-те кот

остаточные напряжения ? до значений

предела текучести. (Стр 265 рис 11.2) t?

нагрева в ? сплавах определённая. Чем ? t?

нагрева, тем быстрее и полнее снимается

остаточное напряжение. Но может оказаться,

что выбранная t? может приводить к

фазовым превращениям или

рекристаллизации, что недопустимо. Если

после технологического воздействия деталь

подвергают термообработке, то её побочным

эффектом может оказаться ? остаточного

напряжения. Если приходится специально

проводить О для снятия напряжения, то t?

надо выбирать такой, чтобы исключить

фазовые превращения ==> t? будут достаточно

низкие. Н-р, в стальных и чугунных

заготовках t?=400…500?С; в латунных п/ф

остаточное напряжение почти полностью

исчезает при t?=250…300?С. После выдержки

при определённой t? изделие необходимо

охлаждать медленно, чтобы не возникли

новые остаточные напряжения. В зависимости

от m изделия, его формы, от размеров

поперечного сечения, теплопроводности ?

охлаждения после О для снятия напряжения

может составлять 20…200?С/ч.

23. Отжиг II-го рода (определение).

Превращения, происходящие при нагреве

стали. Отжиг II-го рода – ТО,

заключающаяся в нагреве стали до t?

выше критических точек АС1 и АС3, выдержке

и последующем медленном охлаждении. О II-

го рода основан на прохождении фазовых

превращений в твёрдом состоянии –

превращении - и потому часто наз-ся

фазовой перекристаллизацией. Обычно О II-

го рода явл подготовительной ТО – в

процессе О ? твёрдость и прочность, что

облегчает обработку резанием средне- и

высокоуглеродистых сталей. Неполный О

инструментальных сталей предшествует

окончательной ТО. Иногда О II-го (для

крупных неответственных отливок) рода явл

окончательной ТО. Виды О II-го рода.

Различают О полный, нормализационный,

неполный О для доэвтектических сталей и

сферроли Спросить! Для доэвтектоидных

сталей. Полный О для доэвтектоидных

сталей, их нагревают до t? на (30…50)?С

выше АС3: (30…50)?С+АС3, т.е. выше линии

GS. После завершения превращения в А (т.е.

выдерживают некоторое время, чтобы

произошли все фазовые превращения) и

медленно охлаждают (вместе с печью). Т.о.,

сталь приводят в maх возможное равновесное

состояние. Медленное охлаждение должно

обеспечивать распад А при малых степенях

переохлаждения. Неполный О для

доэвтектоидных сталей. Нагрев проводят

чуть выше АС1, потом медленно охлаждают.

Это вид О используют, когда необх улучшить

обрабатываемый срез. Нормализационный О:

1) для доэвтект сталей нагревают, как и для

полного О, а охлаждают на воздухе. 2) для

заэвтект сталей нагревают на

(30…50)?С+АСm. АСm – тчк, соответствующие

на диаграмме линии SE. И то же самое

охлаждение на воздухе.



24. Превращения, происходящие при

охлаждении стали.

Основное превращение, протекающее во

время охлаждения при отжиге эвтектоидной

стали – это распад аустенита при температуре

ниже точки А1 (727 0С) на смесь феррита с

цементитом. При скорости охлаждения стали,

обеспечивающей полное протекание

диффузионных процессов и соответственно

близкое к равновесному состояние стали, в

структуре последней образуется перлит.

Перлит растет из отдельных центров в виде

колоний. Зародышем перлитной колонии

обычно является цементит, зарождение

которого облегчено на границе аустенитных

зерен. При утолщении цементитной пластины

вблизи нее аустенит обедняется углеродом и

создаются условия для зарождения путем

полиморфного превращения

ферритных пластин, примыкающих к

цементитной пластине.

При утолщении же ферритной пластины,

практически не содержащей углерода, он

оттесняется в аустенит, в результате чего

создаются благоприятные условия для

появления новых цементитных пластин.

Кроме бокового при превращении А П

имеет место и торцевой рост пластин феррита

и цементита.























































25. Диаграмма изотермического

превращения переохлаждённого А (строят,

чтобы понять, что происходит в сталях при

охлаждении). Берут большое кол-во тонких

образцов и нагревают их до t?, немного выше

А1. После этого образцы переносят на t?,

немного ниже А1 и выбрасывают в Н2О.

Наблюдают, как происходит процесс

. РИС!!! Степень переохлаждения

– разность м/у равновесной и реальной t?.

Степень переохлаждения ?, ? переохлаждения

?. Чем ? степень переохлаждения, тем ?

центров, тем Спросить! феррито-цементита.


































26. Промежуточное (бейнитное)

превращение. БП аустенита протекает в

температурной области м/у перлитным и

мартенситным превращениями. В рез-те БП

образуется смесь ?-фазы (феррита) и

карбида, кот наз-ся бейнитом. Кристаллы ?-

фазы образуются в промежуточном

интервале t? путём когерентного роста

упругой связи с исходной ?-фазой. При БП

кристаллы ?-фазы растут медленно, что

связано с необходимостью диффузионного

отвода атомов С из аустенита с целью

получения ?-фазы, обеднённой С. Это

объясняется тем, что в промежуточном

интервале t? ?-фаза может образовываться

из ?-фазы, обеднённой С. (рис 10.17 стр 255)

Карбид в бейните не имеет пластинчатого

строения, свойственного перлиту. Карбидные

частицы в бейните очень дисперсны.

Различают верхний бейнит (имеет перистое

строение) и нижний бейнит (игольчатое,

мартенситоподобное строение),

образующиеся соответственно в верхней и

нижней части промежуточного интервала t?

(условная граница м/у ними 350?С). Верхний

бейнит от нижнего отлич по хар-ру

распределения и составу карбидной фазы. В

вернем бейните карбидные частицы

расположены м/у пластинами феррита или по

границам и внутри пластин феррита, а в

нижнем бейните включения карбида нах-ся

тлк внутри пластин ?-фазы. Цементит –

карбидная фаза в верхнем бейните, в нижнем

бейните - ?-карбид, кот заменяется

цементитом с ? времени выдержки.

Продукты изотермического превращения

переохлаждённого аустенита в

промежуточном интервале t? по своему

составу, структуре и свойствам близки к

продуктам отпуска мартенсита закалённой

стали, если t? БП = t? отпуска. Бейнит

прочнее перлита; его прочностные св-ва ? с

понижением t? изотермического

превращения. Повышенная прочность

бейнита определяется малыми размерами

ферритных кристаллов, дисперсными

выделениями карбидов, искажениями

решётки ?Fe из-за её пересыщения С,

повышенной ? дислокаций в бейнитном

феррите. Пластичность при переходе из

перлитной области в бейнитную (верхний

бейнит) ?, а затем с ? t? опять ? (нижний

бейнит). ? пластичности в области верхнего

бейнита связано с выделением грубых

карбидов по границам ферритных

кристаллов. В нижнем бейните частицы

карбидов расположены внутри кристаллов ?-

фазы ==> при высокой прочности в стали с

нижнем бейнитом сохраняется высокая

вязкость.


27. Способы отжига сталей. Отжиг – ТО, в

процессе кот производится нагрев деталей из

стали до требуемой t? с последующей

выдержкой и медленным охлаждением в печи

для получения однородной, равновесной,

менее тв структуры, свободной от остаточных

напряжений. Отжиг I рода – отжиг, при кот

нагрев и выдержка м производятся с целью

приведения его в однородное (равновесное

состояние) за счёт ? химич неоднородностей.

О I рода (М и сплавы не испытывают

фазовых превращений (Fe)); II рода

(происходит фазовая перекристаллизация).

Виды О I рода: 1) рекристаллизационный -

ТО деформированного М, при кот гл

процессом явл рекристаллизация М. РО

заключается в нагреве

холоднодеформированной стали выше

t? начала кристаллизации, выдержке при этой

t? и последующем медленном охлаждении.

Большая часть работы (90…95%)

затрачивается на пластическую деформацию

М, превращается в тепло, а ост часть

аккумулируется в М. О накоплении этой

энергии свидетельствует ? ? дефектов крист

решетки и рост напряжений. В рез-те

пластической деформации М приходит в ТД-

ки неустойчивое механическое состояние. В

рез-те изменяется структура, ? ? дислокаций,

что приводит к ? прочности. Это наз-ся

наклёп. М т.о. находится в энергетически

неустойчивом состоянии. М стремится

вернуться в устойчивое состояние с меньшим

уровнем свободной энергии. Чтобы могли в

М произойти необходимые изменения их

нагревают, и проводят РО. В начале при

нагреве до t?=0,2…0,3 от абсол t?ПЛ без

видимых изменений в структуре набл

восстановление некоторых св-в, начинает ?

электрическое сопротивление и ?

электропроводность. Для технически чистых

М при достижении t??0,4 от абсол t?ПЛ

начинается и происходит Р. РИС!!! Механизм

Р состоит из 2 элементарных процессов:

зарождение центров, рост центров. В рез-те

деформированные зёрна заменяются на

новые, недеформированные. Образование

новых равноосных зерён вместо старых

деформированных наз-ся первичной Р. В рез-

те первичной Р ? свободная энергия

(материал становится более устойчивым),

наклёп почти полностью снимается; св-ва,

включая прочность и пластичность,

восстанавливаются. Основной

характеристикой процесса Р явл t? начала К.

Она не явл физич const. t? начала К

составляет 0,4 от абсол t?ПЛ. Т.к. на t? влияет

оч много факторов, то её измеряют после

выдержки 1…2 часа при этой t?. Чем ? время

выдержки, тем при более ? t? может начаться

Р. Р зависит от степени предшествующей

деформации. РО используют в

промышленности как первоначальную

операцию перед холодной обработкой

давлением (для придания М

пластичности), как промежуточный

процесс м/у операциями холодного

деформирования (для снятия наклёпа) и

как окончательную ТО для придания

п/ф или изделию требуемых св-в. 2)

гомогенизационный (диффузионный). В

реальных условиях К происходит при

непрерывно изменяющейся t?. В рез-те в V

слитка или литой детали набл неоднородность

хим состава. Она может носить

макрохарактер (хим неоднородность в разных

частях отливки – зональная ликвация.

Ликвация = неоднородность хим состава) и

микрохарактер (в центре зёрен – один состав,

а на границе зёрен – др). Чаще всего

зональная ликвация рез-т естеств конвекции в

Ж сплаве. В рез-те К сплавов возникает

ликвация, кот нежелательна. Для устранения

ликвации и проводят диффузионный О.

Чтобы произошла диффузия, необх высокая

t? (0,9…0,95 t?ПЛ) и выдержка. Н-р,

диффузионный О стальных отливок проводят

при t??1300?С в течение 40…50 часов. 3) О

для снятия напряжения. Многие

технологические воздействия на

обрабатываемые детали сопровождаются

возникновением в них остаточных

напряжений, кот нежелательны. Для ?

остаточных напряжений проводят О для

снятия напряжения. Гл процессом,

происходящим при О для снятия напряжения

явл полная или частичная релаксация

остаточных напряжений. Этот процесс

протекает из-за того, что при определённой t?

отжига предел текучести стали становится

ниже остаточных напряжений и происходит

пластическая деформация, в рез-те кот

остаточные напряжения ? до значений

предела текучести. (Стр 265 рис 11.2) t?

нагрева в ? сплавах определённая. Чем ? t?

нагрева, тем быстрее и полнее снимается

остаточное напряжение. Но может оказаться,

что выбранная t? может приводить к

фазовым превращениям или

рекристаллизации, что недопустимо. Если

после технологического воздействия деталь

подвергают термообработке, то её побочным

эффектом может оказаться ? остаточного

напряжения. Если приходится специально

проводить О для снятия напряжения, то t?

надо выбирать такой, чтобы исключить

фазовые превращения ==> t? будут достаточно

низкие. Н-р, в стальных и чугунных

заготовках t?=400…500?С; в латунных п/ф

остаточное напряжение почти полностью

исчезает при t?=250…300?С. После выдержки

при определённой t? изделие необходимо

охлаждать медленно, чтобы не возникли

новые остаточные напряжения. В зависимости

от m изделия, его формы, от размеров

поперечного сечения, теплопроводности ?

охлаждения после О для снятия напряжения

может составлять 20…200?С/ч. Отжиг II-го

рода – ТО, заключающаяся в нагреве

стали до t? выше критических точек АС1 и

АС3, выдержке и последующем медленном

охлаждении. О II-го рода основан на

прохождении фазовых превращений в

твёрдом состоянии – превращении - и

потому часто наз-ся фазовой

перекристаллизацией. Обычно О II-го рода

явл подготовительной ТО – в процессе О ?

твёрдость и прочность, что облегчает

обработку резанием средне- и

высокоуглеродистых сталей. Неполный О

инструментальных сталей предшествует

окончательной ТО. Иногда О II-го (для

крупных неответственных отливок) рода явл

окончательной ТО. Виды О II-го рода.

Различают О полный, нормализационный,

неполный О для доэвтектических сталей и

сферроли Спросить! Для доэвтектоидных

сталей. Полный О для доэвтектоидных

сталей, их нагревают до t? на (30…50)?С

выше АС3: (30…50)?С+АС3, т.е. выше линии

GS. После завершения превращения в А (т.е.

выдерживают некоторое время, чтобы

произошли все фазовые превращения) и

медленно охлаждают (вместе с печью). Т.о.,

сталь приводят в maх возможное равновесное

состояние. Медленное охлаждение должно

обеспечивать распад А при малых степенях

переохлаждения. Неполный О для

доэвтектоидных сталей. Нагрев проводят

чуть выше АС1, потом медленно охлаждают.

Это вид О используют, когда необх улучшить

обрабатываемый срез. Нормализационный О:

1) для доэвтект сталей нагревают, как и для

полного О, а охлаждают на воздухе. 2) для

заэвтект сталей нагревают на

(30…50)?С+АСm. АСm – тчк, соответствующие

на диаграмме линии SE. И то же самое

охлаждение на воздухе.



























































28. Закалка. Закалка без полиморфного

превращения. Понятие о кристаллической

скорости закалки. Основные параметры З: ?

охлаждения, t? нагрева и ? выдержки. t? и ?

должны быть такими, чтобы произошли все

необходимые структурные превращения. А ?

охлаждения, в отличие от О, должна быть

достаточно большой, чтобы обратные

превращения произойти не успели. С

понятием З обычно ассоциируется

представление об очень быстром охлаждении.

Чаще всего так и есть. ? охлаждения при З

должна быть такой, чтобы не успел произойти

распад А. Количественным критерием

устойчивости переохлажденного А явл

критическая ? закалки. Критическая ?

закалки – такая min ? охлаждения, при кот не

происходит распада тв р-ра А. При

охлаждении со ?>? критич не происходит

диффузия. Спросить! При ускоренном

охлаждении сталей происходит мартенситное

превращение (МП) ==> закалку сталей

называют З на мартенсите. МП происходит

при быстром охлаждении углеродистых

сталей с t?>А1, т.е. когда в структуре появл А.

Во время ускоренного охлаждения

происходит изменение типа крист решётки (А

- ?Fe, образуется феррит – ОЦК решётка) с ?

на ?, но при этом концентрация С в ?Fe

остаётся такой же, какой она была в ?Fe. В

?Fe max может раствориться при 727?С

0,125% С. При быстром охлаждении А

успевает сильно переохладиться, не претерпев

диффузионного распада на феррито-

цементитную смесь. В рез-те при

определенной для ? стали t? образуется новая

структура – мартенсит. Мартенсит –

пересыщенный тв р-р С в ?Fe. Концентрация

С в мартенсите точно такая же как в

исходном А. МП – бездиффузионное, т.е. оно

не сопровождается диффузионным

перераспределением атомов С и Fe. МН и МК -

t? начала и конца МП. МН и МК для ? стали

вполне определённые t?. У ? стали интервал

(МН…МК) свой. Развиваться МП может тлк

при непрерывном охлаждении. Если охладить

сталь ниже МН, а потом остановить

охлаждение, то остановится и превращение А

в мартенсит. МП никогда не доходит до

конца. Всегда есть какая-то для

непревращённого А (Аост). МП идёт с очень

большой ??1км/с.

29. Закалка с полиморфным превращением.

Мартенситное превращение. Основные

параметры З: ? охлаждения, t? нагрева и ?

выдержки. t? и ? должны быть такими, чтобы

произошли все необходимые структурные

превращения. А ? охлаждения, в отличие от

О, должна быть достаточно большой, чтобы

обратные превращения произойти не успели.

С понятием З обычно ассоциируется

представление об очень быстром охлаждении.

Чаще всего так и есть. ? охлаждения при З

должна быть такой, чтобы не успел произойти

распад А. Количественным критерием

устойчивости переохлажденного А явл

критическая ? закалки. Критическая ?

закалки – такая min ? охлаждения, при кот не

происходит распада тв р-ра А. При

охлаждении со ?>? критич не происходит

диффузия. Спросить! При ускоренном

охлаждении сталей происходит мартенситное

превращение (МП) ==> закалку сталей

называют З на мартенсите. МП происходит

при быстром охлаждении углеродистых

сталей с t?>А1, т.е. когда в структуре появл А.

Во время ускоренного охлаждения

происходит изменение типа крист решётки (А

- ?Fe, образуется феррит – ОЦК решётка) с ?

на ?, но при этом концентрация С в ?Fe

остаётся такой же, какой она была в ?Fe. В

?Fe max может раствориться при 727?С

0,125% С. При быстром охлаждении А

успевает сильно переохладиться, не претерпев

диффузионного распада на феррито-

цементитную смесь. В рез-те при

определенной для ? стали t? образуется новая

структура – мартенсит. Мартенсит –

пересыщенный тв р-р С в ?Fe.Концентрация

С в мартенсите точно такая же как в

исходном А. МП – бездиффузионное, т.е. оно

не сопровождается диффузионным

перераспределением атомов С и Fe. МН и МК -

t? начала и конца МП. МН и МК для ? стали

вполне определённые t?. У ? стали интервал

(МН…МК) свой. Развиваться МП может тлк

при непрерывном охлаждении. Если охладить

сталь ниже МН, а потом остановить

охлаждение, то остановится и превращение А

в мартенсит. МП никогда не доходит до

конца. Всегда есть какая-то для

непревращённого А (Аост). МП идёт с очень

большой ??1км/с.


30. Закаливаемость и прокаливаемость

сталей. Закаливаемость – способность стали

? твёрдость в процессе З. Закаливаемость

зависит от содержания С в стали. Чем ? С,

тем ? после З его будет в мартенсите и тем ?

будет твёрдость. Прокаливаемость –

способность стали получать закалённый слой

на ту или иную глубину. Прокаливаемость

зависит от ? критич, а ? критич зависит от

состава стали. Если действительная ?

охлаждения в сердцевине изделия будет > ?

критич, то сталь получит мартенситную

структуру по всему сечению и

прокаливаемость будет сквозной. Если ?

охлаждения в сердцевине изделия < ? критич,

тот изделие прокаливается тлк на какую-то

определенную глубину и прокаливаемость

будет неполной. Тогда в сердцевине

произойдёт распад А с образованием

феррито-цементитной смеси. Критический D

прокаливания – D заготовки, в центре кот

после З в данной охлаждающей среде

образуется полумартенситная зона. DКР=20 в

Н2О ? критич D этой стали после

охлаждения в Н2О = 20 мм. DКР 95=20 в Н2О

? после З заготовка диаметром 20 мм в Н2О

на 95% состоит из мартенсита. На

прокаливаемость оказывают влияние состав

стали и характер закалочной среды.


























31. Способы закалки сталей. З в 1

охлаждающей среде - самый простой способ

– (гл, чтобы ? охлаждения>? критич). Для

этого сталь нагревают до состояния

однородного А и охлаждают в 1 среде (масло,

Н2О). При З в 1 среде оч часто возникают

чрезмерные закалочные напряжения ==> надо

найти способ З для ? этого напряжения. «+»:

простота; «-» большие внутренние

напряжения в детали. 2) З в 2 средах: Сначала

погружают в Н2О, а потом в масло. «+»:

снижаются внутренние напряжения; «-»:

трудность регулирования выдержки деталей в

перовой охлаждающей Ж, нестабильный

результат. 3) Ступенчатая З (Чернов): после

нагрева до состояния А деталь быстро

переносится в t?, чуть >МН, выдерживается

при этой t?, а потом охлаждается в масле. З в

2 средах и ступенчатая З, если речь идёт об

обычных углеродистых сталях, может

применяться тлк для деталей небольшого

сечения, т.к. при охлаждении в Н2О детали

диаметром 8…12 мм, мы можем перескочить

t? распада на феррит и цементит. t? нагрева

сталей по З подбирают по ДС. Доэвтект стали:

(30…50)?С+АС3; заэвтект и эвтект стали:

(50…70)?С+АС1. «-»: ограничение размера

деталей. 4) Изотермическая З. Сталь

выдерживается в ваннах до окончания

изотермического превращения аустенита. t?

соляной ванны обычно составляет (250-

350)?С. В рез-те изотермической З получается

структура бейнита с твёрдостью 45-55 HRC

при сохранении повышенной пластичности и

вязкости. Длительность выдержки

определяется с помощью диаграмм

изотермического превращения аустенита. 5)

Закалка с самоотпуском применяется в

случае термообработки инструмента типа

зубил, молотков, в кот должны сочетаться

твёрдость и вязкость. Изделия выдерживают

в закалочной ванне не до полного

охлаждения. За счёт тепла внутренних

участков происходит нагрев поверхностных

слоёв до нужной t?, т.е. самоотпуск. 6)

Обработка холодом. В структуре стали,

закалено при комнатной t? присутствует

некоторое кол-во остаточного аустенита, кот

? твёрдость и износостойкость деталей и

может приводить к изменению их размеров

при эксплуатации в условиях низких t? из-за

самопроизвольного образования мартенсита

из аустенита. Для ? остаточного аустенита в

структуре применяют обработку холодом,

кот состоит в охлаждении стали ниже 0?С до

МК (обычно не ниже -75?С), поучаемых в

смесях сухого льда со спиртом. Обработка

холодом должна производиться сразу же

после закалки во избежание стабилизации

аустенита.

Начинается применение охлаждения под

давлением в среде азота, аргона, водорода.


32. Поверхностная закалка стали состоит в

нагреве поверхностного слоя стали выше АС3

c последующим охлаждением для получения

высокой твёрдости и прочности в

поверхностном слое детали в сочетании с

вязкой сердцевиной. Высокая ?

высокочастотного нагрева обусловливает

смещение фазовых превращений в область

более высоких t? ==> t? высокочастотной

закалки должна быть выше t? З при обычном

печном нагреве и тем выше, чем больше ?

нагрева и грубее выделения избыточного

феррита в доэвтектоидных сталях. Нагрев под

З производят токами высокой частоты (ТВЧ).

При нагреве ТВЧ магнитный поток,

создаваемый переменным током,

проходящим по проводнику (индуктору),

индуцирует вихревые токи в М детали,

помещённой внутри индуктора. СТР 279 РИС

12.1!!! Форма индуктора соответствует

внешней форме изделия. Индуктор

представляет собой медные трубки с

циркулирующей внутри Н2О для охлаждения.

? нагрева зависит от кол-ва выделившейся

теплоты, пропорционального квадрату силы

тока и сопротивлению М. Основное кол-во

теплоты выделяется в тонком поверхностном

слое. Чем ? частота тока, тем ? закалённый

слой. После нагрева в индукторе деталь

охлаждают с помощью специального

охлаждающего устройства. Ч/з имеющиеся в

нём отверстия на поверхность детали

разбрызгивается охлаждающая жидкость.

Структура закалённого слоя состоит из

мартенсита, а переходной зоны – из

мартенсита и феррита. Глубинные слои

нагреваются до t? ниже критических и при

охлаждении не упрочняются. Для ?

прочности сердцевины перед поверхностной

закалкой деталь иногда подвергают

нормализации или улучшению. Достоинства

поверхностной З ТВЧ: регулируемая длина

закаливаемого слоя, высокая

производительность, возможность

автоматизации, отсутствие

окалинообразования и обезуглероживания,

min коробление детали. Недостатки:

высокая стоимость индуктора ==> малая

применимость ТВЧ к условиям единичного

производства. Для поверхностной З

применяют обычно углеродистые стали,

содержащие ?0,4%С. Глубокая

прокаливаемость при этом методе не

используется ==> легированные стали обычно

не применяют. После З проводят низкий

отпуск или самоотпуск. Выбор толщины

упрочняемого слоя зависит от условий

работы деталей. Для поверхностной З может

использоваться нагрев лазером. Это

позволяет избежать необходимость

изготовления индивидуальных индукторов.

Лазерное излучение распространяется очень

узким пучком и хар-ся высокой

концентрацией энергии. Под действием

лазерного излучения поверхность деталей за

короткий промежуток времени нагревается до

высоких t?. После прекращения облучения

нагретые участки быстро охлаждаются

благодаря интенсивному отводу теплоты

холодными V М. Происходит З тонкого

поверхностного слоя. Лазерная обработка

поверхности стальных и чугунных деталей ?

их износостойкость, предел выносливости при

изгибе и предел контактной выносливости.

33. Отпуск закалённой стали. Низкий,

средний и высокий отпуск. Закалённая сталь

находится в крайне нестабильном состоянии.

В структуре – мартенсит, кот представляет

собой пересыщенный р-р С в ?Fe. И

естественно сталь стремится перейти в более

устойчивое состояние. Эти процессы

начинаются уже при комнатной t?, но

диффузионная подвижность атомов

недостаточна. Чтобы привести сталь в более

стабильное состояние, её приходится

нагревать. Этот нагрев наз-ся отпуском. При

этом происходит распад мартенсита с

образованием феррита и цементита. Вначале

при 80…100?С в мартенсите образуется

скопление С (кластеры, сегретации). Затем

при t?>100?C начинается образование

карбидов (?-карбид МехС). Образование

цементита Fe3С происходит при t?>250?С,

причём наиболее активно в интервале

300…400?С. Процессы при отпуске связны с

распадом мартенсита и АОСТ. При этом

образуется смесь феррита с цементитом.

Распад мартенсита связан с ? содержания С и

образованием цементита и получением

феррита ==> феррито-цементитной смеси. АОСТ

? мартенсит ? Ф+Ц. Виды отпуска по t?:

1) низкий отпуск проводят при t? до 250?С

(120-250?С). При этом образуется структура,

кот наз-ся отпущенный мартенсит

(пересыщение мартенсита по С несколько

меньше и есть мельчайшие выделения

карбидов). В рез-те этих процессов ? уровень

напряжения и ? хрупкость мартенсита.

Низкий отпуск проводят т.о., чтобы и

твёрдость, и износостойкость не ?, а если ?,

то очень незначительно. Применяется для

режущих и мерительных инструментов,

инструментальных сталей. 2) Средний отпуск

проводят при 350…450?С. При этом

образуется структура, кот наз-ся троостит

отпуска. Это смесь Ф с Ц. Имеют место

мельчайшие выделения Ц, кот служат

эффективным барьером для движения

дислокаций, что исключает даже

микроскопические деформации. Поэтому

средний отпуск применяют для упругих

элементов (пружин, рессор и т.п.). Цель

среднего отпуска состоит в ? твёрдости при ?

предела упругости. 3) Высокий отпуск

проводят при 450…650?С. В рез-те

образуется структура, кот наз-ся сорбит

отпуска. При этих t? образовавшиеся частицы

цементита уже успевают вырасти, образуется

грубодисперсная смесь (сорбит отпуска).

После высокого отпуска сталь становится

достаточно пластичной, при этом сохраняется

прочность. Сталь мало подвержена хрупкому

разрушению, выдерживает ударные нагрузки.

Поэтому эту обработку, сочетающую закалку

с высоким отпуском, называют термическим

улучшением или просто улучшением.

Высокий отпуск применяют к

среднеуглеродистым сталям, содержащим

0,3…0,6% С. Эти стали называют

улучшаемые. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПРИ

ОТПУСКЕ. Закалённая сталь характеризуется

высокой твёрдостью и особенно при этом

неприятно, что она склонна к хрупкому

(катастрофическому) разрушению. Поэтому

закалка сталей никогда не используется как

окончательная термическая обработка. В

процессе отпуска прочностные

характеристики стали ?, показатели

пластичности ?. Сталь становится более

надёжной.












































































34. ХТО. Общие закономерности.

Цементация. Азотирование.

Цианирование. Нитроцементация. ХТО –

технологические процессы, приводящие к

диффузионному насыщению поверхностных

слоёв детали различными элементами.

Назначение ХТО может быть разным: для ?

твёрдости, износостойкости, остаточной

прочности, защиты от коррозии и т.д. Для

чего бы ХТО не предназначалась, процессы

при ХТО одни и те же: 1) на I стадии

протекают хим р-ии в исходной окружающей

среде, в рез-те кот образуются необходимые

элементы в активном состоянии: диссоциация

– выделение насыщающего элемента в

активном состоянии в рез-те разложения

исходных веществ: 2СО?СО2+С; 2) на II

стадии процесса образовавшиеся активные

элементы усваиваются насыщаемой

поверхностью (адсорбция, хемосорбция). В

рез-те поверхностный слой насыщается

нужным нам элементом и возникает градиент

концентраций м/у поверхностью и

сердцевиной изделия; 3) III стадия процесса

заключается в диффузионном проникновении

нужного элемента от поверхности к центру. В

промышл применяют множество способов

ХТО, кот различаются м/у собой

диффундирующим элементом, типом и

составом среды, техникой исполнения и др

признаками. ЦЕМЕНТАЦИЯ – процесс

диффузионного насыщения поверхностного

слоя стальных изделий С. Цель Ц –

достижение высокой твёрдости и

износостойкости поверхности детали в

сочетании с вязкой сердцевиной. Ц

подвергают стали с низким содержанием С

(0,1…0,2%). После Ц на поверхности

концентрация С =1%. 2 вида Ц: в твёрдой и

газовой средах. Твёрдая Ц производится в

спец стальных ящиках, в кот детали

укладывают попеременно с карбюризатором

(среда, поставляющая С к поверхности

детали). Газовая Ц явл основным средством

массового производства. Стальные детали

нагревают в газовых смесях, содержащих СО,

СН4 и др. Газовая Ц происходит быстро, т.к.

не требует времени на прогрев ящика и

карбюризатора. После Ц хар-но

неравномерное распределение С по сечению

детали. Полученный в рез-те Ц наружный

слой имеет структуру заэвтектоидных сталей

– перлит и вторичный цементит. Глубже

лежит слой эвтектоидного состава с

перлитной структурой, а далее – слой с

феррито-перлитной структурой. После Ц из-

за длительной выдержки при высоких t?сталь

становится крупнозернистой. Это необходимо

учитывать при назначении обязательной

после Ц ТО. АЗОТИРОВАНИЕ – процесс

насыщения поверхностного слоя N2. Цель А –

создание поверхностного слоя с особо

высокой твёрдостью, износостойкостью,

повышенной усталостной прочностью и

сопротивлением коррозии в водной среде,

паровоздушной и влажной атмосфере.

Процесс А состоит в выдержке (до 60ч)

деталей в атмосфере NH4 при 500…600°С.

При более высокой t? образуются более

крупные нитриды, и твёрдость ?. А проводят

в стальных герметически закрытых ретортах,

в кот поступает NH4. Реторту помещают в

нагревательную печь. Происходит р-ия:

NH3?3H+N. А повергают готовые изделия,

прошедшие механич и окончательную ТО.

Преимущества а по сравнению с Ц: высокая

твёрдость и износостойкость поверхностного

слоя, сохранение им высоких св-в при нагреве

до 500?С, высокие коррозионные св-ва. В

азотированном слое создаются остаточные

напряжения сжатия, что ? усталостную

прочность. Недостатки: высокая

длительность процесса и применение

дорогостоящих легированных сталей. А

применяют в машиностроении для

изготовления мерительного инструмента,

цилиндров, втулок, зубчатых колёс и т.п.

ЦИАНИРОВАНИЕ – процесс совместного

насыщения стальных изделий N и C. Цель Ц -

? твёрдости и износостойкости деталей. При

Ц нагрев о? либо в расплавленных солях,

содержащих цианистые соли NaCN или KCN,

либо в газовой среде, состоящей из смеси СН4

и NH3.Состав и св-ва цианированного слоя

зависят от t? проведения Ц. В зависимости от

t? процесса различают высокотемпературное

(850…950)?С и низкотемпературное

(500…600)?С Ц. Чем ? t? Ц, тем ? насыщение

поверхностного слоя N и ? С. Преимущества

Ц по сравнению с цементированием:

цианированный слой имеет более высокую

твёрдость и износостойкость, более высокое

сопротивление коррозии. Недостатки: более

высокая стоимость, связанная с

необходимостью строгого соблюдения

правил техники безопасности из-за высокой

токсичности цианистых солей.

Нитроцементация – процесс

одновременного насыщения С и N2. Этот

процесс проводиться при (840-860) ???. t?

более низкая в газовой среде, состоящей из

науглероживающего газа и аммиака. В этой

среде процесс насыщения углерода идет более

интенсивно. Продолжительность процесса от

4 до 10 часов.

35. Термомеханическая обработка (ТМО)

подразделяется на ТМО стареющих сплавов и

ТМО сталей, закаливаемых на мартенсит.

ТМО СТАРЕЮЩИХ СПЛАВОВ ВКЛЮЧАЕТ

следующие разновидности:

низкотемпературную термомеханическую

обработку (НТМО); высокотемпературную

термомеханическую обработку (ВТМО);

предварительную термомеханическую

обработку (ПТМО) и комбинацию ВТМО и

НТМО – высоконизкотемпературную

термомеханическую обработку (ВНТМО).

ТМО, ЗАКАЛИВАЕМЫХ НА МАРТЕНСИТ, ВКЛЮЧАЕТ

следующие разновидности:

низкотемпературную термомеханическую

обработку (НТМО); высокотемпературную

термомеханическую обработку (ВТМО);

высокотемпературную термомеханическую

изотермическую обработку (ВТМИзО);

термомеханическую обработку с

деформацией во время перлитного

превращения (ТМИзО) и предварительную

термомеханическую обработку (ПТМО).

































































































36. Хрупкость при отпуске стали. При

определённых t? и медленном охлаждении в

сталях появляется отпускная хрупкость.

Различают отпускную хрупкость I-го и II-го

рода. Отпускная хрупкость I-го рода

(необратимая) наблюдается при отпуске как

легированных, так и углеродистых сталей при

t??300?С (в интервале 250…400?С). Причина

возникновения – неравномерность распада

мартенсита по границам и внутри зерна при

отпуске. Вблизи границ карбиды выделяются

интенсивнее, там создаётся концентрация

напряжений, что делает границы зёрен более

хрупкими. При ? t? отпуска или ?

продолжительности нагрева структура по

сечению зерна выравнивается, и отпускная

хрупкость I–го рода устраняется. Повторный

отпуск при t?=(250…400)?С не приводит к

отпускной хрупкости. Отпускная хрупкость

II–го рода (обратимая, т.к. при повторном

нагреве, но быстром охлаждении при этой же

t? он исчезает) наблюдается при медленном

охлаждении после отпуска при

t?=(450…550)?С. При медленном охлаждении

по границам зёрен успевают выделиться

мелкие карбиды, фосфиды и нитриды, кот

приводят их к охрупчиванию. При быстром

охлаждении эти частицы не выделяются. Этот

вид хрупкости характерен для легированных

сталей; чаще всего набл в сталях с ?

содержанием Cr и Mn. Введение в сталь

небольших количеств Мо (0,2…0,3%) или W

(0,6…1%) резко ? склонность к отпускной

хрупкости II–го рода. Способы

предотвращения отпускной хрупкости –го

рода: охлаждение не на воздухе, а в масле;

для крупных деталей – в Н2О;

дополнительное легирование МО или W.



































37. Углеродистые конструкционные стали

(УКС) обыкновенного качества. Основные

характеристики. Маркировка.

Применение. Конструкционные стали

представляют собой сплавы Fe с С,

содержащие не более 2,14% С. Если больше –

чугуны. Стали по хим составу

классифицируют на углеродистые и

легированные (содержат ещё и спец элементы,

способствующие улучшению тех или иных св-

в). Стали классифицируют по качеству

(металлургическое качество – уровень

содержания вредных примесей) на стали

обыкновенного кач-ва (до 0,055% S и не

более 0,045% Р), стали качественные (не

более 0,04% S и 0,035% Р) и

высококачественные (не более 0,025% S и

0,025% Р) и особовысококачественные (?

0,0015% S и ? 0,025% Р). S способствует

горячей ломкости, а Р охрупчивает при

комнатной t?. УКС разделяют на

обыкновенного кач-ва и стали качественные.

Стали обыкновенного кач-ва. В них

допускается повышенное содержание вредных

примесей, но зато они дешёвые. Их

выпускают в идее проката и маркируют

буквами Ст. и цифрами от 0 до 6 (Ст.0;

Ст.1;…;Ст.6). Цифры в марках ничего не

значат кроме порядкового №. Но чем ? №,

тем ? содержание С и тем ? прочность. В

конце обозначения марки стоят буквы «кп»

(кипящая), «пс» (полуспокойная) и «сп»

(спокойная), кот указывают на способ

раскисления. Н-р, Ст.1 содержит 0,06…0,12%

С, а lim прочности ?В=(380…420)МПа,

относительное удлинение ?=31%. Ст.6

содержит 0,38…0,49% С; ?В?600МПа,

?=12%. Эти стали предназначены для

изготовления различных

металлоконструкций, слабонагруженных Д/М.

Гл требование – свариваемость и способность

к обработке давлением. Ст.3 и Ст.4 – в с/х

машиностроении; Ст.5 и Ст.6 – для

изготовления рельсов, колёс трамвайных и

ж/д и др деталей.






38. Углеродистые качественные

конструкционные стали выплавляют с

соблюдением более строгих условий в

отношении содержания вредных примесей.

Более сложная и трудоёмкая технология. Их

поставляют в виде проката, паковок; имеют

гарантированный хим состав. Маркируют их

тлк двузначными числами: 05; 08; 10; 15; …;

85. В цифрах заложена чёткая информация:

среднее содержание С в сотых долях %.

Можно после цифр увидеть буквы СП

(спокойные), КП (кипящие) и ПС

(полуспокойные). ? сталеплавильный процесс

заканчивается раскислением. В КП стали Mn

содержится ? (0,15-0,3)%, а О2 ?0,2%, Si ?

0,05%. В ПС Si ? (0,05…0,15)%, О2 ?0,01%.

В СП Si ? (0,15…0,3)%, О2 ?0,002%.

Углеродистые конструкционные стали в

зависимости от содержания С делят на

низкоуглеродистые (до 0,3%),

среднеуглеродистые (0,3-0,6% С) и

высокоуглеродистые (>0,6% С).

Низкоуглеродистые стали по назначению

делят на 2 группы: 1) 05; 08; 10 –

малопрочные, но высокопластичные. Ст. 05:

?В=320 МПа, ?=33%. Применяются при

холодной штамповке для получения изделий.

Почти никаким термическим обработкам не

подвергают (кроме отжига). Изготавливают

прокладки, кожухи, гайки. Хорошо

свариваемые. 2) 15; 20; 25 – цементуемые,

т.е. используют после цементации (т.е. после

насыщения поверхностного слоя С), закалки и

низкого отпуска. Сами по себе эти стали

закалку не воспринимают; после насыщения

появл поверхностный слой с содержанием С

>1%. Применяют для деталей небольшого

сечения (кулачки, толкатели,

малонагруженный шестёрни), в кот требуется

твёрдая износостойкая поверхность и вязкая

сердцевина. Кроме того, эти стали применяют

для изготовления Д/М невысокой прочности,

а также котло- и трубостроения (змеевики,

трубы паронагревателей и т.д.). Они хорошо

работают под давлением в широком

интервале t?: (-40…+400)?С.

Среднеуглеродистые стали: больше

прочность, но меньше пластичность.

Применяют после улучшения, нормализации

и поверхностной закалки. В улучшенном

состоянии после закалки и высокого отпуска

на структуру сорбит отпуска достигается

высокая вязкость, пластичность при

достаточной прочности и малая

чувствительность к концентраторам

напряжения. Применяют для деталей

небольшого сечения, кот подвергают высокой

закалке: нагревают током высокой частоты

(неравномерное распределение t?).

39. Легированные стали. Взаимодействие

Fe и С с легирующими элементами.

Легированные стали – стали, в кот

специально дополнительно вводят какие-л

элементы для улучшения тех или иных

свойств. Они находят очень широкое

применение в различных отраслях

машиностроения. Стараются использовать

дешёвые элементы. Чаще всего используют

Mn, Si, Cr. Но в настоящее время техника

предъявляет всё более высокие требования –

использовать дорогие элементы – Ni, W, Md.

По содержанию легирующих элементов

легированные стали делят на

низколегированные (? легирующих

элементов=5%), среднелегированные (?=5-

10%) и высоколегированные (?>10%).

Маркируют легированные стали буквами и

цифрами. Двузначная цифра, стоящая в

начале марки, показывает содержание в сотых

долях %. Буквы, стоящие справа от этой

цифры, обозначают легирующий элемент (А –

N2, Б – ниобий, В – W, Г – Mn, Д – Cu, Е –

селен, К – Co, Н – Ni, М – молибден, П – P, Р

- бор, С – Si, Т – Ti, Ф – ванадий, Х – Cr, Ц –

цирконий, Ю – Al). Цифры после букв

указывают среднее содержание

соответствующего элемента в целых долях %.

Если буквы цифр нет, то это значит, что

данного элемента <1%. Основная масса

легированных сталей выплавляется

качественными. Если сталь

высококачественная, то описание марки

заканчивается буквой А; если А в начале –

автоматные стали. Особовысококачественные

стали обозначают в конце марки буквой Ш.

Н-Р, 12Х18Н10Т, 18Х2Н4ВА.























40. Цементуемые конструкционные

легированные стали. Цементация –

насыщение поверхностного слоя стальных

изделий С. Для цементации применяют

низкоуглеродистые стали. Цели цементации –

получение после цементации, закалки и

низкого отпуска тв износостойкого

поверхностного слоя и вязкой сердцевины.

После такой обработки твёрдость доходит до

62…64 НRC, а твёрдость сердцевины 15…30

НRC. Упрочнение после термообработки в

легированных сталях тем ?, чем ? в стали

легирующих элементов. Самые простые

цементуемые стали – стали 15Х (0,15% С и

?1% Cr). Следующие – хромомарганцевые

стали 20ХГ, 18ХГ, 30ХГ. Хромоникелевые

стали: больше прочность, пластичность и

вязкость сердцевины; малочувствительны к

перегреву. Имеют высокую

Прокаливаемость. Сюда относятся 12ХГ2Н4.

Для ? прокаливаемости их дополнительно

легируют W или молибденом.

41. Легированные улучшаемые стали.

Улучшаемые стали – стали, кот используют

после закалки и высокого отжига. Эти стали

содержат (0,3…0,5)% С. Их подвергают

закалке с (820…880)? С в масле и высокому

отпуску при (550…650)? С. Самые простые

улучшаемые стали – хромистые стали 30Х,

40Х. Здесь мы должны иметь полную

прокаливаемость ==> стали годятся для

деталей с d<20 мм. Хромомарганцевые стали

40ХГ: прокаливаемость доходит до 40 мм.

Хромомарганцевокремистые стали 30ХГСА:

прокаливаемость до 40мм, хорошо

свариваемые. Хромоникелевые стали имеют

оч большую прокаливаемость DКР 95=300 мм

при закалке в масле. 30Х, 40Х, 50Х – при

закалке в Н2О. Ni обеспечивает высокий

запас вязкости, ? порог хладноломкости. В

улучшаемые стали Ni добавляют не >3%,

если >3%, то в стали после закалки остаётся

повышенное кол-во АОСТ. Используют стали

50ХН, 40ХН. Хромоникельмолибденовые

стали. Есть 1 недостаток у легированных

сталей – склонны к отпускной хрупкости.

Чтобы избежать при отпуске отпускной

хрупкости, стали легируют молибденом в

количествах ? (0,2…0,4)% или вольфрамом ?

(0,8…1,1)%. Самая распространённая сталь –

40ХН2МА. Для деталей крупного сечения

используют

хромоникельмолибденованадиевые стали.

Ванадий добавляют для получения

мелкозернистой структуры; ванадий ?

прокаливаемость. DКР=1000 мм. Ванадия

добавляют сотые доли %. Наиболее

распространённые стали:38ХМ3НФ,

36Х2Н2МФ.

42. Инструментальные стали для

режущего инструмента.

Инструментальными наз-ся углеродистые и

легированные стали обладающие высокой

твердостью 60…65HRC, прочностью,

износостойкостью, теплостойкость и прим

для изготовления различных инструментов:

режущие, измерительные. Обычно это

эвтектоидные или легированные стали,

структура кот после закалки и низкого

отпуска представляет собой М и избыточные

карбиды. Для инструментов требующих

повышенной вязкости применяют

доэвтектоидные стали, кот после закалки

подвергаются отпуску при более высоких t?с

получением структуры троостита или сорбита.

Одна из главных характеристик -

теплостойкость, т.е. сохранять высокую

твёрдость при нагревании или сохранять

устойчивость против отпуска при нагреве в

процессе работы. Делятся на 3 группы: 1)

углеродистые и легированные стали,

содержащие небольшое кол-во легированных

элементов и не обладающих теплостойкостью

до 2000 (У7…У13, 9ХС); 2) легированные

стали, содержащие 0,6-0,7% С, 4-18% Cr,

среднетеплостойкие, работают до 400-5000

(Х12, Х12М, 5ХНМ); 3) теплостойкие стали

до 550-6500. Это высоколегированные стали,

содержащие Cr, ванадий, вольфрам, Mn, Co.












































43. Магниевые деформируемые сплавы в

основном применяют в виде прутков и

фасонных профилей для изготовления

деталей горячей штамповкой. Для улучшения

их пластичности обработку давлением

проводят при t?=(350…450)?С,

т.к.гексагональная решётка Mg затрудняет их

деформацию при комнатной t?. Из магниевых

сплавов изготовляют кованные и

штампованные детали сложной формы, такие

как крыльчатки и жалюзи капота самолёта,

автомобильные диски. Наиболее прочными

деформируемыми сплавами явл сплавы Mg с

Al (МА5) и Mg с Zn, дополнительно

легированных цирконием (Ма14), кадмием и

др элементами (МА15, МА19 и т.п.). Al и Zn

явл эффективными упрочнителями твёрдого

р-ра. Но их концентрация не должна

превышать 10 и 6% соответственно. При

большем содержании этих элементов

пластичность резко ?. Появление при

старении в структуре упрочняющих фаз

Mg4Al3 и MgZn2 о? дополнительное

упрочнение. Цирконий измельчает зерно,

кадмий и редкоземельные элементы

одновременно ? и прочность, и пластичность.

Сопротивление высокопрочных магниевых

сплавов после ТО составляет ?350МПа.

Сравнительно небольшой эффект упрочнения

объясняется склонностью упрочняющих

интерметаллидных фаз к коагуляции в

процессе распада тв р-ра. Сплав МА1,

содержащий ?2% Mn без др компонентов хар-

ся высокой пластичностью и применяется как

листовой материал. Самыми лёгкими

конструкционными материалами явл сплавы

Mg с Li (МА18, МА21). ? сплава МА18

составляет

(1,3…1,65)г/см3.Магниеволитиевые сплавы

обладают повышенной пластичностью и

ударной вязкостью и могут обрабатываться

давлением в холодном состоянии. Эти сплавы

хорошо свариваются и имеют

удовлетворительную коррозионную

стойкость.

44. Магниевые литейные сплавы по хим и

фазовому составу близки к деформируемым.

По сравнению с деформируемыми литые

детали позволяют существенно экономит М.

Высокая точность размеров и хорошее кач-во

поверхности позволяют практически

исключить операции механич обработки.

Недостатком литейных магниевых сплавов

явл более низкие механич св-ва из-за

грубозернистой структуры и усадочной

пористости, связанной со сравнительно

широким интервалом кристаллизации. Для ?

прочности и модифицирования вводят

кальций и цирконий. Дополнительное

легирование кадмием ? уровень механич и

технич св-в. Наиболее распространённым

магниевым литейным сплавом явл МЛ5,

характеризующийся хорошей

жидкотекучестью, малой склонностью к

пористости и хорошей обрабатываемостью

резанием. Отливки из этого сплава получают

литьём в землю, в металлич формы и под

давлением. Он идёт на изготовление

крупногабаритных отливок картеров

двигателей, корпусов приборов, насосов,

коробок передач для а/м и самолётов. Для ?

массы деталей используют магниевые сплавы,

легированные 12…13% Li. Их

жидкотекучесть находится на уровне сплава

МЛ5. Сплавы Mg-Li не имеют склонности к

образованию горячих трещин. Плотность

сплава ?=1,42г/см3, механич св-ва в литом

состоянии при комнатной t?: ?В=160МПа,

?=8%. При плавке и рафинировании м

защищается от атмосферы специальным

флюсом, состоящим из LiCl и LiF.










45. Бериллиевые сплавы. Главная сложность

при легировании Ве состоит в малых

размерах его атомов, в рез-те чего

большинство элементов при растворении

сильно искажают крист решётку, сообщая

сплаву повышенную хрупкость. Легирование

возможно тлк теми элементами, кот образуют

с Ве механич смеси с min взаимной

растворимостью. Гл недостаток Ве,

заключающийся в ударной вязкости и

хладноломкости, может быть преодолён

использованием сплавов с Al. В таких

сплавах эвтектического типа тв частицы Ве

равномерно распределены в пластичной

алюминиевой матрице. Сплавы содержат

24…43% Al, остальное – Ве. Сплавы Ве-Al

имеют структуру, состоящей из мягкой

пластичной эвтектики и твёрдых хрупких

включений первичного Ве. Эти сплавы

сочетают высокую жёсткость, прочность и

малую плотность, характерные для Ве, с

пластичностью Al.Благодаря пластичности

матрицы ? концентрация напряжений на у

частиц бериллиевой фазы и ? опасность

образования трещин, что позволяет

использовать сплавы в условиях более

сложного напряжённого состояния. Для

получения Be-Al сплавов используют методы

порошковой металлургии. Деформацию о?

выдавливанием с последующей ковкой и

штамповкой в оболочках. Для ? прочности

сплавы Be-Al дополнительно легируют Mg

или Ag – элементами, растворимыми в

алюминиевой фазе. В этом случае матрица

представляет собой более прочный и вязкий

сплав Al-Mg или Al-Ag. Пластичную матрицу

можно получить, используя композицию Be-

Ag, содержащую до 60% Ag. Max

пластичность имеет Ве высокой чистоты.

Широкое распространение получили сплавы

Сu с 2…5% Ве – бериллиевые бронзы. В РФ

широко применяется бериллиевая бронза

БрБ2 с 2% Ве. Из диаграммы состояния Рис

22.5 стр 488!!! видно, что этот сплав

дисперсионно-твердеющий и может

упрочняться закалкой с последующим

старением. Закалка с 800?С фиксирует

пересыщенный ?-твёрдый р-р, из кот при

старении (300…350)?С выделяются

дисперсные частицы CuВе, образующие

регулярную, так называемую

квазипериодическую структуру. После

закалки св-ва бериллиевой бронзы БрБ2:

?В=500МПа, ?=30%, после старения

?В=1200МПа, ?=4%. Бериллиевые бронзы

обладают высокими упругими св-ми. Их

используют для изготовления пружин,

сохраняющих упругость в широких

интервалах t?. Они хорошо сопротивляются

усталости и коррозии. Бериллиевые бронзы

немагнитны и не искрят при ударе. Из них

изготавливают инструменты для работы во

взрывоопасных средах – в шахтах, на газовых

заводах, где нельзя использовать обычные

стали.











46. Алюминий и его сплавы. Al и его сплавы

– первые конструкционные М, кот были

использованы в самолётостроении. Сплавы Al

применяют в строительных конструкциях,

судостроении, ж/д и автотранспорте,

летательных аппаратах, нефтяном и

химическом машиностроении, электротехнике

и т.д. Из сплавов Al изготавливают детали

холодильного и криогенного оборудования, в

т.ч. используемого в космосе. В 1886г Холл и

Эру разработали современный способ

производства Al электролизом криолитно-

глинозёмного расплава. После этого

производство стало ?, а цена его начала резко

?. Al кристаллизуется в КЦК решётке, не

имеет полиморфных превращений, обладает

малой плотностью, низкой t?ПЛ=660?С,

высокой тепло- и электропроводностью,

низкой прочностью, высокой пластичностью.

Хорошая коррозионная стойкость Аl

обусловлена образованием на его

поверхности тонкой, но плотной плёнки

оксида Al2O3, предохраняющей М от

дальнейшего окисления. Удельный объём

оксида и М близки м/у собой ==> оксидная

плёнка обладает хорошим сцеплением с М и

малопроницаема для всех газов. Благодаря

защитному действию плёнки Al имеет

высокую коррозионную стойкость в

атмосфере и в среде многих органических

кислот. В едких щелочах Al быстро

растворяется. Чем ? примесей содержит Al,

тем ? его коррозионная стойкость. Al хорошо

деформируется и сваривается, но плохо

обрабатывается резанием. Из него прокаткой

можно получать тонкую фольгу,

применяемую в качестве оберточного

материала.

Из-за низкой прочности технический

алюминий применяется для изготовления

малонагруженных элементов конструкций.

Широкое применение в качестве

конструкционных материалов имеют сплавы

на основе Al. Все алюминиевые сплавы

можно разделить на 3 группы: а)

деформируемые, предназначенные для

получения поковок, штамповок, проката,

труб; 2) литейные сплавы; 3) сплавы,

получаемые методом порошковой

металлургии. Основными легирующими

элементами в деформируемых алюминиевых

сплавах явл Cu, Zn, Mg, Mn. Const

примесями в Al явл Fe и Si. Обе примеси

практически нерастворимы в Al. При

одновременном их присутствии появл новая

фаза тройного химического соединения Al-

Fe-Si. Это соединение выделяется по границам

зёрен и снижает пластичность Аl. Предельное

содержание примесей Fe и Si в

деформируемых алюминиевых сплавах должно

составлять не <0,5%. Алюминиевые сплавы

маркируются буквами или условными №. Часто

за условным № дают обозначения,

характеризующие состояние сплава: М –

мягкий, Т – термически обработанный, Н –

нагартованный. Алюминиевые сплавы по

технологическим свойствам подразделяются на

деформируемые и литейный сплавы.

Деформируемые сплавы бывают двух типов: не

упрочняемые термической обработкой

(содержание легирующих элементов < предела

насыщения твёрдого раствора при комнатной

t?) и упрочняемые термической обработкой

(содержание легирующих элементов > их

равновесной концентрации).

47. Алюминиевые деформируемые сплавы,

не упрочняемые термической обработкой,

имеют сравнительно низкую прочность, но

более высокую пластичность и коррозионную

стойкость. Их применяют в отожжённом

состоянии или упрочняют с помощью

холодной пластической деформации. К таким

сплавам относятся сплавы типа АМц (система

Al-Mn) и типа АМг (система Al-Mg). Эти

сплавы хорошо обрабатываются давлением и

свариваются. Из них изготавливают изделия,

получаемые глубокой вытяжкой из листового

материала. Благодаря меньшей ? и

достаточной прочности чаще всего

применяют Al-Mg сплавы.


48. Дуралюмины – наиболее

распространённые деформируемые

алюминиевые сплавы. Они содержат:

(2,5…5)% Cu, (0,4…1,8)% Mg, (0,4…0,9)%

Mn. Cu и Mg вводят в сплав для его

упрочнения, Mn усиливает упрочняющий

эффект и ? его коррозионную стойкость.

Наибольшее упрочнение достигается после

старения. Дуралюмин, по составу ?

соответствующий современному сплаву Д1,

был изобретён Вильмом. В дуралюминах

системы Al-Cu-Mg могут образовываться или

двойные соединения CuAl2 и Al3Mg2, или

тройные Al2MgCu (S-фаза) и Al6CuMg6

(фаза Т). С ? содержания Cu в сплавах ?

количество ?-фазы, оказывающей основное

упрочняющее действие (дуралюмин Д1). ?

содержания Mg приводит к ? кол-ва фазы S и

дополнительному ? прочности (дуралюмин

Д16). Достоинства дуралюминов: высокая

удельная прочность, благодаря чему они

относятся к числу широко применяемых

материалов в самолетостроении, для

изготовления лопастей воздушных винтов,

тяг управления и др. Дуралюмины

используют во многих отраслях техники. Их

применяют для кузовов грузовых а/м, для

строительных конструкций, в пищевой и

холодильной промышленности для

изготовления ёмкостей, тестомесильных

аппаратов, сепараторов, трубопроводов и т.д.

Дуралюмины имеют пониженную

коррози