Архив ZIP - WinRAR (2) / Материаловедение Экзамен / билет 28

1. Основные понятия теории сплавов: компонент, фаза, эвтектика. Твердые растворы и химические соединения. Виды твердых растворов и условия их образования.

Компоненты – элементы, образующие сплав.

Компоненты сплава при взаимодействии образуют фазы. Фаза – это однородная часть сплава, по составу, структуре и свойствам, отделенная от других частей границей раздела. При переходе через границу резко меняются строение и свойства. Сочетание и взаимное расположение фаз, формируемых при охлаждении сплава, образуют его структуру.

Основные фазы в сплавах:

• жидкая фаза. Большинство компонентов металлических сплавов в жидком состоянии полностью растворяются друг в друге, образуя жидкий раствор или расплав.

• твёрдые растворы,

• химические соединения.

Кроме того, фазами могут быть чистые химические элементы, например углерод (графит) в серых чугунах.

Эвтектика – смесь двух твердых фаз, образованная из жидкой фазы.

Эвтектика кристаллизуется при постоянной температуре (как чистые металлы), остальные сплавы – в диапазоне температур

Твёрдый раствор – фаза, в которой сохраняется кристаллическая решетка основного компонента (растворителя). По характеру расположения растворенных атомов в кристаллической решетке растворителя различают:

• твердые растворы замещения;

• твердые растворы внедрения.

В твёрдых растворах замещения атомы растворенного компонента (В) располагаются в узлах кристаллической решетки, замещая атомы основного компонента (А). Такие растворы образуются между металлами. Они могут быть неограниченной и ограниченной растворимости.

Условия образования неограниченных твердых растворов:

• одинаковый тип кристаллической решётки компонентов;

• различие в атомных размерах компонентов не более 8…15%;

• расположение элементов в одной и той же или соседних группах таблицы Менделеева.

Твердые растворы внедрения образуют металлы с неметаллами малого атомного радиуса – C,N,B,H. Твёрдые растворы внедрения всегда имеют ограниченную растворимость.

Твёрдые растворы обозначают α, β, γ, например, α=А(В) - твердый раствор компонента В в А.

Химические соединения – фазы, которые имеют свою кристаллическую решетку, отличающуюся от решеток компонентов. Это определяет резкое отличие свойств соединений от свойств образующих его компонентов. Для химических соединений характерны высокая твёрдость, хрупкость, высокая температура плавления и др.

Валентные соединения имеют постоянный состав, соответствующий законам нормальной валентности. Это могут быть соединения между металлами (интерметаллиды), а также соединения металлов с неметаллами: MgS, Al₂O₃, Ni₃Ti, и др.

Фазы внедрения образуют переходные металлы с неметаллами малого атомного радиуса (Rнм/Rм<0,59), например, карбиды и нитриды: Mo₂C, TiC, Fe₄N, VN и др. Фазы внедрения отличаются от твёрдых растворов внедрения более высокой концентрацией неметалла и простой кристаллической решёткой типа К8, К12, Г12. Фазы внедрения тугоплавки и обладают высокой твёрдостью. Их используют в легированных сталях и сплавах для упрочнения.

Электронные соединения – это химические соединения с определённой электронной концентрацией, т.е. отношением числа валентных электронов к числу атомов. Наиболее распространены соединения с электронной концентрацией 3/2: СuZn, CuBe; 7/4: CuSn₃ и 21/13: Cu₅Zn₈ и др. Их используют как упрочняющие фазы в сплавах меди.

2. Виды и назначение отпуска стали. Процессы, протекающие при отпуске. Получаемые структура и свойства. Влияние легирующих элементов на температуру отпуска. Отпускная хрупкость и методы ее устранения.

Цель отпуска – получение окончательной структуры и свойств стали.

Таблица 3 Характеристика видов отпуска

Виды отпуска	Температура, °С	Структура	Свойства	Применение
Низкий	150…250	Мотп	HRC, σв	Инструмент,подшипники, детали после ХТО и ТВЧ
Средний	350…500	Тотп	σупр, σ-1	Рессоры, пружины
Высокий	500…680	Сотп	КС	Валы, оси, шатуны

Отпускная хрупкость

Существуют определенные температурные интервалы отпуска, в которых снижается ударная вязкость (Рис.44). Понижение ударной вязкости при температурах отпуска называется отпускной хрупкостью.

Отпускная хрупкость I рода (необратимая) наблюдается в температурном интервале среднего отпуска (250…400°С) у всех конструкционных сталей. Её связывают с неравномерным выделением карбидов из мартенсита по границам зёрен. Хрупкость I рода устраняется нагревом до температуры выше 400°С, снижающим, однако, твердость.

Отпускная хрупкость II рода (обратимая) проявляется при температуре 500…550°С в Cr-Ni- и Cr-Mn- улучшаемых сталях. Предполагаемая причина – скопление фосфора и элементов внедрения по границам зёрен при медленном охлаждении. Хрупкость II рода устраняется повторным отпуском с быстрым охлаждением. Для предупреждения обратимой хрупкости стали легируют молибденом (0,3%) или вольфрамом (до 1%).

3. Литейные алюминиевые сплавы. Их состав, структура, маркировка. Цель модифицирования.

Литейные сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9—13% по отдельным компонентам). Литейные сплавы предназначены для изготовления фасонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов (АЛ), которые по химическому составу можно разделить на 5 групп. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюминий с магнием (АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.).

Алюминиевые литейные  сплавы маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава. Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. Силумины обладают высокими механическими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость. Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа литья и вида термической обработки. Важное значение при литье имеет скорость охлаждения затвердевающей отливки или скорость охлаждения при ее закалке. В общем случае увеличение скорости отвода тепла вызывает повышение прочностных свойств. Поэтому механические свойства отливок при литье в кокиль (металлические литейные формы) выше, чем при литье в песчано-глинистые формы (см. табл.). Литейные алюминиевые сплавы имеют более грубую и крупнозернистую структуру, чем деформируемые. Это определяет режимы их термической обработки. Для закалки силумины нагревают до температуры 520—540°С и дают длительную выдержку (5—10 ч), для того чтобы полнее растворить включения. Искусственное старение проводят при 150—180°С в течение 10—20 ч.Для улучшения механических свойств силу­мины, содержащие более 5% кремния, модифи­цируют натрием. Для этого в расплав добавляют 1—3% от массы сплава соли натрия (2/3 NaF + 1/3 NaCl). При этом снижается температура кристаллизации сплава и измельчается его струк­тура.

Марка	Способы литья	Вид тер­мической обработки	Предел прочности при растяжении, σв МПа	Твердость, HB	Назначение
АЛ2	зм, вм, км, к, д зм, вм, км, к, д	—   Отжиг	150-160   140-150	50   50	Малонагруженные детали (корпуса приборов, кронштейны и т. и.)
АЛ4	з, в, к, д к, д зм, вм, к	— Старение Закалка и полное старение	150 200 230	50 70 70	Крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, картеров,    блоков)
АЛ9	з, в, к, д з, в, к, д з, в зм, вм	— Отжиг Закалка Закалка и полное старение	170 140 180	50 45 50	Детали средней нагруженности сложной конфигурации (го­ловки цилиндров, поршни, картеры сцеп­ления и т. п.)
АЛ10В	к, з	Старение	150-170	80-90	Детали, работающие при повышенных температурах
АЛ8	з, в, к	Закалка	290	60	Детали высоконагруженные, воспринимающие вибрационные нагрузки