1. Диаграмма состояния для сплавов с переменной растворимостью.

Диаграмма состояния представлена на рис. 5.7.

По внешнему виду диаграмма похожа на диаграмму состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Отличие в том, что линии предельной растворимости компонентов не перпендикулярны оси концентрации. Появляются области, в которых из однородных твердых растворов при понижении температуры выделяются вторичные фазы.

На диаграмме:

 df – линия переменной предельной растворимости компонента В в компоненте А;

 ek – линия переменной предельной растворимости компонента А в компоненте В.

Кривая охлаждения сплава I представлена на рис. 5.7 б.

Рис. 5.7. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (а) и кривая охлаждения сплава (б) 

Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора . На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре. При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора . При достижении температуры, соответствующей точке 3, твердый раствор оказывается насыщенным компонентом В, при более низких температурах растворимость второго компонента уменьшается, поэтому из -раствора начинает выделяться избыточный компонент в виде кристаллов . За точкой 3 сплав состоит из двух фаз: кристаллов твердого раствора и вторичных кристаллов твердого раствора.

2.Перекристаллизационный отжиг и нормализация.

1)Конструкционные стали чаще всего содержат углерод в количестве

до 0,7%. т.е. являются доэвтектоидньши сталями.

Перекристаллизационный отжиг проводит для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой струк­туры. Одновременно при отжиге полностью снимаются остаточные напряжения.

Полуфабрикаты из конструкционных сталей после литья или горя­чего деформирования из-за ускоренного охлаждения с высоких темпера­тур могут иметь повышенную твердость, что затруднит их обработку резанием и приведет к понижению пластичности. Кроме того, отливки и горячедеформированнаи сталь часто приобретают структурные дефекты, ухудшающие юс свойства.

Характерный структурный дефект стальных отливок — крупнозернистость.

При ускоренном охлаждении крупнозернистого аустенита создают­ся условия для образования видманштеттовой структуры. При ее обра­зовании выполняется принцип размерного и структурного соответствия, в результате чего кристаллы доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относительно кристаллической решетки аустенита и имеют форму пластин.

Размер зерна аустенита, образующегося после обработки давлением определяется температурой окончания обработки.

При обработке давлением включения вытягиваются. Феррит, заро­ждаясь на вытянутых включениях, образует вытянутые скопления. Строчечность структуры, вызванная неметаллическими включениями, не ис­правляется отжигом.

Горячекатаная сталь со строчечной структурой имеет худ­шие механические свойства (прочность, пластичность и вязкость) в попе­речном и высотном направлениях по сравнению с основным направлением деформации.

Для полной перекристаллизации структуры конструкционные стал нагревают до температуры, превышающей температуру Ас3 на 30 - 50% При более высоком нагреве произойдет укрупнение аустенитных зерен. После сквозного прогрева изделия следует медленно охлаждать, что­бы обеспечить в результате распада аустенита равновесную ферритно-перлитную структуру и соответственно низкую твердость и высокую пла­стичность.

Скорость охлаждения при отжиге выбирают в зависимости от сте­пени легированности стали. Углеродистые стали получаются достаточно мягкими при скорости охлаждения 100 — 200°С/ч. Легированные стал с более высокой устойчивостью переохлажденного аустенита нужно охла­ждать медленнее — со скоростью 20 — 70 °С/ч. Высоколегированные ста­ли экономичнее подвергать изотермическому отжигу, т.е. дать выдержку при температуре немного меньше Аr1,чтобы получить продукты распада аустенита с низкой твёрдотью.

2) Нормализации, как и перекристаллизационному отжигу, чаще всего подвергают конструкционные стали после горячей обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от отжига в основном усло¬виями охлаждения; после нагрева до температуры на 50 — 70 °С выше Асз сталь охлаждают на спокойном воздухе.

Нормализация — более экономичная термическая операция, чем от¬жиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кро¬ме того, нормализация, обеспечивая полную перекристаллизацию струк¬туры, приводит к получению более высокой прочности стали, так как при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низ¬ких температурах.

Легированные конструкционные стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита после нормализации приобретают высокую твердость, затрудняющую последующую обработку резанием. В связи с этим после нормализации проводят отпуск при температурах, обеспечи¬вающих получение требуемой твердости (650 — 750°С в зависимостям состава стали).

После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные структурные отличия .При ускорен¬ном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидный феррит при прохождении температурного интервала Аr3-Ar1 выделяется на гра ницах зерен аустенита; поэтому кристаллы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокруг зерен аустенита — ферритиую сетку.

Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформнрованной стали вытянутых неметаллических включений. При ускоренном охлаждении(по сравнению с отжигом) возникает больше самороизвольно образующихся центров кристаллизации,поэтому строчечность структуры менее резко выражена.

Чем меньше сечение, тем быстрее произойдёт охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.

3 вопрос. Усталость.

3 билет

1. Строение и свойства сложных фаз в сплавах: твёрдые растворы и промежуточные фазы. Примеры химических соединений, фаз внедрения, электронных соединений, фаз Лавеса.

1. Сплав – вещество, содержащее в своем составе два или более компонентов, по крайней мере один из которых – металл.

Фаза – пространственно ограниченная и отличная от других часть системы, имеющая свою кристаллическую решётку и свои свойства. Гомогенные вещества имеют одну фазу, а гетерогенные – несколько фаз.

Структура – строение металла, в котором можно различать отдельные фазы, их форму, размеры и взаимное расположение. Структура влияет на свойства.

Равновесное состояние – когда в сплаве все фазы, присущие этой системе оформлены. Это состояние обеспечивается при медленном охлаждении, можно различать размеры и формы фаз.

Неравновесное состояние – процесс образования и обособления фаз не закончился, образуется при быстром охлаждении.

Компонент – химическое вещество, входящее в состав сплава.

В дальнейшем будем рассматривать двойные сплавы.

Различные типы кристаллических сплавов.

1. Твердые растворы – фаза сплава, крист. решетка, которой не отличается от решетки металлоосновы, а концентрация легирующих компонентов изменяется в широких пределах.Твердые растворы классифицируются по 3 признакам:

1)по типу легирующего элемента : металл или металлоид(С,N,O)

2)по протяженности области существования на диаграммах состояния(ограниченная и неограниченная)

3)по степени регулярности расположения атома(неупорядочення и упорядоченая)

Выделяют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.

В твердых растворах внедрения(легирующий компонент Ме) – атомы растворенного вещества находятся в межатомных промежутках растворителя.

Особенности:

-растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);

-ограниченная растворимость;

В твердых растворах замещения(легирующий компонент металлоид) – атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки.

Особенности

-растворенное вещество такого же типа, как и растворитель (атомы близки по размеру);

-часто имеют неограниченную растворимость;

2.Промежуточные фазы – фазы,которые имеют кристаллическую решетку личную или отличающаяся от решеток составляющих ее компонентов .ПФ-это химические соединения, которые образованны компонентами сплава. ПФ отличается от ТР крист. решеткой и типом связи, поэтому ПФ имеют более высокую твердость, чем ТР. Реакция образования ПФ:

1) Ж-->ПФ - эвтектика

2) Ж-->[Ф+ПФ] – по эвтектической реакции

3)Ф -->[Ф+ПФ] – эвтектоидное превращение

ПФ различаются по хим. составу :

1)для общего обозначения соединения типа МеМе

2)типа Ме - металлоид: МеХ, где Х-С,N,О и т.д.

Химические соединения Ме+ :

1. Ме-интерметаллиды МеМе

2. Азот –нитриды : МеN

3. Углерод – карбиды : МеС

4. Кислород – оксиды : МеО

Интерметаллиды:

1) сплавы непереходных Ме

а)электронные соединения

б)Фазы Лавеса

2) сплавы переходных Ме

а) сигмафазы

б)гаммафазы типа Ni3Al

Примеры:

Электронное соединение-CuZn, FeAl, CoAl

Фаза Лавеса – МоFe, NbFe2