Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
75
Добавлен:
01.05.2014
Размер:
289.28 Кб
Скачать

1. Классификация материалов. Металлы, их основные свойства. Металлический тип связи.

Классификация материалов. 1- Конструкционные (для деталей), 2-Специальные (электротехнические). Конструкционные делятся на металлические(Ме – черные(железо и сплавы на основе железа (сталь, чугун)) и цветные(Al, Mg, Cu) и их сплавы) и не металлические(пластмассы, полимеры, керамика, резина, композиты). Специальные делятся на особенности поведения в Эл-м поле (проводники, полупроводники, диэлектрики) и особенности поведения в магнитном поле (сильно магнитные св-ва, слабо магнитные св-ва).

Металлы, их основные свойства. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства. К ним относятся: высокая тепло- и электропроводность; положительный температурный коэффициент электрического сопротивления; повышенная способность к пластической деформации; хорошая отражательная способность (металлы непрозрачны и имеют характерный металлический блеск); термоэлектронная эмис­сия, т. е. способность к испусканию электронов при нагреве, кристаллическое строение.

Металлический тип связи.

Общность первых четырех свойств металлов обусловлена особым типом межатомной связи, называемой металлической связью.

Известно, что атом состоит из положительного ядра и отрица­тельных частиц — электронов. Внешние (валентные) электроны металлов в отличие от неметаллов слабо связаны с ядром. Поэтому атомы металлов легко теряют валентные электроны, превращаясь в ионы, в освободившиеся электроны образуют так называемый электронный газ.

Металлическая межатомная связь не имеет направленного характера. Электроны электронного газа не связаны с отдельными атомами, а в одинаковой степени принадлежат всем ионам металла. Металл состоит из правильно расположенных в пространстве ионов и легко перемещающихся среди них обобщенных элек­тронов.

Наличие металлической связи и легкоподвижных коллективи­зированных электронов объясняет характерные свойства метал­лов.

5. Механические свойства металлов и сплавов. Испытания на растяжение. Характеристики прочности и пластичности.

Механические свойства металлов и сплавов. Механическими наз-ся св-ва которые определяют поведение материала под действием внешних нагрузок. Классификация мех-х испытаний: 1-по скорости нагружения: статистические (V<=3м/мин) и динамические (V>3м/мин ), 2- по тем-ре испытаний: нормальные Т=18-23°С, критичные Т<0, специальные Т>200, 3- по длительности процесса испытания: кратковременные, длительные, 4- по способу нагружения: растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез.

Основные мех-е св-ва: Прочность – способность материала не разрушатся под действием приложенных к нему внешних сил. Пластичность –– способность материала получить остаточные изменения формы и размеров без разрушения. Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела. Ударная вязкость – степень сопротивления материала разрушению при ударной нагрузке.

Испытания на растяжение.

Прочность, упругость и пластичность определяются при испытании металлов на растяжение. Для проведения испытания изготовляют образцы, чаще круглые.

По результатам испытаний на специальных машинах записывают диаграмму растяжения.(по оси абсцисс- удлинение в мм, по оси ординат- приложенная нагрузка). По этой диаграмме можно определить показатели прочности: предел текучести и предел прочности (временное сопротивление растяжению).

При растяжении образца наступает момент, когда величина удлинения начинает расти быстрее величины усилия и линия на диаграмме изгибается. Склоняясь к горизонтальной линии- эту часть диаграммы растяжения называют площадкой текучести (АА1). А напряжение, соответствующее площадки текучести, называют пределом текучести.

σт = Рт/ Fо или напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2%, называют условным пределом текучести σо,2 = Р0,2 / Fо. Измеряют в МПа.

ОА- сохраняется пропорциональность между удлинением и нагрузкой.

А1В-равномерная пластическая деформация. ВС- деформация шейки. Пределом прочности наз-ся напряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдержал образец во время испытания. Пред. прочности обозначается σв= Рмах/F0. Измеряют в МПа.

Характеристики прочности и пластичности. Характеристики пластичности:

- относительное удлинения.

и – начальная и конечная длина образца.

– абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.

-относительное сужение

- начальная площадь поперечного сечения

-площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке.

Пластичные материалы более надежны в работе, т.к. для них меньше вероятность опасного хрупкого разрушения.

9. Особенности пластической деформации поликристаллов. Влияние пластической деформа­ции на микроструктуру и свойства металлов.

Особенности пластической деформации поликристаллов.

1) Пластическая деформация протекает аналогично монокристаллической деформации.

2) Деформация поликристаллов происходит в результате деформации каждого зерна т.к. зерна ориентированны различно деформация не может проникать одинаково во весь объем тела. Деформация начинается в зернах которые благоприятно расположены к нагрузке и по мере увеличения напряжения распространяется на другие зерна. 3) При больших степенях деформации в результате скольжения зерна меняют свою форму. До деф-ии зерна были округлые, после они вытягиваются в направлении действующих сил, образуя волокнистую или слоистую структуру. Текстура – закономерная кристаллографическая ориентация зерен относительно внешних деформирующих сил. 4) в результате пластической деформации поликристалл упрочняется (наклепывается). 5) Граница зерен оказывает дополнительное сопротивление деф-ии, поэтому поликристалл упрочняется сильнее монокристалла.

13. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов. Построение диаграмм. Основные линии, правило отрезков.

Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов. Построение диаграмм. Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния любого сплава изучаемой системы в зависимости от

концентрации и температуры (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Диаграмма состояния

Диаграммы состояния показывают устойчивые состояния, т.е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии, и поэтому ее также называют диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы. Построение диаграмм состояния наиболее часто осуществляется при помощи термического анализа. В результате получают серию кривых охлаждения, на которых при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба и температурные остановки. Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называют критическими точками. Некоторые критические точки имеют названия, например, точки отвечающие началу кристаллизации называют точками ликвидус, а концу кристаллизации – точками солидус. По кривым охлаждения строят диаграмму состава в координатах: по оси абсцисс –концентрация компонентов, по оси ординат – температура. Шкала концентраций показывает содержание компонента В. Основными линиями являются линии ликвидус (1) и солидус (2), а также линии соответствующие фазовым превращениям в твердом состоянии (3, 4). По диаграмме состояния можно определить температуры фазовых превращений, изменение фазового состава, приблизительно, свойства сплава, виды обработки, которые можно применять для сплава. Основные линии, правило отрезков. линия ликвидус acb-это тем-ра выше которой сплавы находятся в жидком состоянии, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;

линия солидус ecf-это тем-ра ниже которой сплавы находятся в твердом состоянии, параллельна оси концентраций стремится к осям компонентов, но не достигает их;

С- эвтектическая точка. Количественные изменения в сплавах данной системы подчиняются Правилу отрезков :Отношение фаз весовое или в % обратно пропорционально отрезкам, заключенным между точками, показывающими состав сплава и состав фазы.

17. Диаграмма состояния для случая образования устойчивого химического соединения. Анализ диаграммы. ( диаграмма состояния 4 рода)

Диаграмма состояния сплавов представлена на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения

Диаграмма состояния сложная, состоит из нескольких простых диаграмм. Число компонентов и количество диаграмм зависит от того, сколько химических соединений(х.с.- рассматривается как самостоятельный компонент способный образовать сплавы с каждым из исходных компонентов) образуют основные компоненты системы. Число фаз и вид простых диаграмм определяются характером взаимодействия между компонентами.

Эвт1 (кр. А + кр. AmBn);

Эвт2 (кр. B + кр. AmBn).

У сплавов образующих химическое соединение и эвтектику физико-химические св-ва меняются по линейной зависимости и представляют среднее из св-в компонентов и хим-х соединений.

21. Термическая обработка сталей. Назначение, параметры. Превращения, лежащие в основе термической обработки.

ТО- процесс теплового воздействия на сталь, с целью искусственного изменения ее структуры и и Св-в заданного направления. В основе ТО лежат фазовые превращения, происходящие при определенных тем-рах и обусловленные ими структурные изменения. Тем-ра при которой происходят превращения наз-ся критической тем-рой. PSK (727)- нижняя критическая тем-ра, GS-Ас3- верхняя критическая тем-ра, ES-Асм- верхняя критическая тем-ра. В углеродистых сталях в зависимости от тем-ры нагрева и скорости охлаждения, возможны следующие превращения: 1)Превращение феритно-цементитной смеси в аустенит при нагреве выше Ас1. П(Ф+Ц)→А. Превращение является диффузионным процессом Ф+П(Ф+Ц3) →А+Ф- доэвтектоидные стали. П(Ф+Ц3)+Ц2→А+Ц2- заэвтектоидные стали. При нагреве выше верхней критической тем-ры сталь приобретает однородную аустенитную структуру. 2) Превращение переохлажденного аустенита. При медленном охлаждении ниже Ас1, аустенит диффузионным путем распадается на Ф+Ц2. (Другой источник: Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации четырех основных превращений, в основе которых лежат стремления системы к минимуму свободной энергии 1. Превращение перлита в аустенит , происходит при нагреве выше критической температуры А1, минимальной свободной энергией обладает аустенит.

2. Превращение аустенита в перлит, происходит при охлаждении ниже А1, минимальной свободной энергией обладает перлит:

3. Превращение аустенита в мартенсит, происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия

4. Превращение мартенсита в перлит ; – происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита.

)

26. Закалка стали. Охлаждающие среды. Способы закалки. Влияние легирующих элементов на закалку стали.

Закалка – нагрев выше Ас3 и Ас1 с выдержкой и быстрым охлаждением со скоростью выше верхней критической. Цель закалки – повысить плотность(твердость) стали за счет образования мартенсита.

Полная закалка Тн=Ас3+ (30…50С) Ф+П = А = М

Неполная закалка Тн=Ас1+(30…50С) Ц2+П = А +Ц2 = М+Ц2

В качестве закалочных сред применяются

-Вода

-Масло

-Соли, щелочи(растворы)

-Расплавы солей

Выбор среды охлаждения определяется хим составом стали, конфигурацией изделия, необходимостью получения конкретной структуры.

Охлаждение в жидкой среде осуществляется в 3 этапа

-Этап пленкообразования Т>Ткип

-Этап пузырькового кипения Т=Ткип, скорость охл макс

-Этап конвективного теплообмена Т<Ткип, скорость охл мин

Закаливаемость – Способность повышать твердость при нагреве, зависит тока от содержания С. Стали в которых C<0,3% незакаливвающиеся.

Прокаливаемость – способность закаливаться на опр глубину. Дкр – критический диаметр – это макс диаметр цилиндра, который полностью закаливается. Прокаливаемость определяется легирующими элементами. Чем их больше, тем прокаливаемость лучше. 1.Закалка в одном охладители для углеродистых сталей применяется вода, для легированных масло. Конечная структура мартенсит недостаток максимальное закалочное напряжение.

2.Прерывистая закалка изделие сначала охлаждают в воде до Т=-200 ..-300 затем переносят в масло или на воздух для замедления охлаждения. Применяется для закалки крупных изделий с целью снижения термических. Недостаток – нетехнологичность способа.

3.Ступенчатая закалка охлаждение в растворе солей, выдержка для выравнивания Т по всему объему, затем охлаждение на воздухе или в масле. Закалочное напряжение мин. Применяется для тонкостенных изделий из углеродистой стали.

4.Изотермическая закалка закаливаются изделия сложной формы. Повышается твердость и вязкость.

5.Обработка холодом

6.Поверхностная закалка – нагрев поверхностного слоя до Т закалки, охлаждение с получением мартенсита в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины. Применение для повышения износостойкости деталей принимающих нагрузку(ударную).

Влияние легирующих элементов на закалку

+повышает устойчивость аустенита, легированный стали моно охладить медленнее(в масле), уменьшают закалочное напряжение; повышает прокаливаемость стали(увеличивается Дкр)

-после закалки содержится больше остаточного А. Пр У9, М+Аост=5-6%

29. Химико-термическая обработка. Цементация стали.

ХТО – нагрев детали до заданной Т в хим. активной среде. Во время выдержки поверхность насыщается каким-либо элементом из внешней среды. В результате изменяется хим состав и свойства поверхностного слоя. Условия осущ ХТО

  1. Наличие во внешней среде насыщающего элемента в активном атомарном состоянии.

  2. Растворимость насыщенного элемента в основном металле

  3. Достаточно высокая Т процесса

Стадии ХТО

  • Диссоциация

  • Адсорбция

  • Диффузия

В результате ХТО образуется диффузионный слой детали, отличающийся от исходного материала хим составом, структурой и свойствами.

Цементация- процесс насыщения углеродом поверхностного слоя деталей из малоуглеродистой (до 0,3% С) стали в целях придания ему большей твердости при достаточно вязкой сердцевине детали. В зависимости от среды, в которой протекает процесс, различают цементацию:

а) в твердом;

б) в газообразном;

в) жидком карбюризаторе.

Глубина цементации – 0,5…2,3 мм.

Средняя скорость науглероживания – 0,08…0,1 мм/ч.

Температура – 950…980 0С.

В соответствии с изменением содержания углерода по глубине цементованный слой можно разделить на три зоны:

заэвтектоидная (перлит + тонкая сетка цементита). С = 1 – 1,1%;

эвтектоидная (перлит). С = 0,85%;

доэвтектоидная (перлит + феррит).

Детали, прошедшие цементацию в твердом карбюризаторе, подвергают термической обработке, виды и режимы которой определяют маркой стали, глубиной цементации, назначением детали и ее конфигурацией.

Преимущества газовой цементации перед твердой:

продолжительность процесса уменьшается в 1,5- 2 раза;

снижается себестоимость производства;

регулирование цементованного слоя и содержания углерода;

механизация процесса.

Жидкостную цементацию производят в расплавленных солях, содержащих активные добавки SiC и NaCN при температуре 820 – 900 0С.

Время – 20…40 мин.; - толщина цементованного слоя – 0,1- 0,2 мм.

Время – до 2 часов; - толщина цементованного слоя – до 0,6 мм.

Применяют для мелких деталей.

Недостаток: неравномерность глубины цементации.

Преимущества:

возможность производить закалку деталей непосредственно после цементации;

отсутствие окалины и обезуглероживания поверхности.

2. Атомно-кристаллическое строение металлов и сплавов. Основные типы кристаллических решеток. Полиморфизм металлов.

Атомно-кристаллическое строение металлов и сплавов. Вещество в твердом состоянии может иметь кристаллическое или аморфное строение. В аморфном веществе, например стекле, атомы расположены беспорядочно, а в кристаллическом — по геометри­чески правильной схеме, на определенном расстоянии друг от друга.

Общим свойством металлов и сплавов является их кристалли­ческое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сет­кой с ионами (атомами) в узлах.

Атомно-кристаллическая структура может быть представлена изображением не ряда периодически повторяющихся объемов, а с одной элементарной ячейкой. Элементарной ячейкой называется ячейка, повторяющаяся во всех трех измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести струк­туру кристалла.

Основные типы кристаллических решеток. Наиболее часто металлы имеют кристаллические решетки следующих типов: Кубическая объемно-центрированная или сокращенно ОЦК (свинец, вольфрам) 9 атомов; Кубическая гранецентрированная (ГЦК) (серебро, золото) 14 атомов; гексагональная плотно-упакованная (ГПУ) (магний, цинк).

Решетки ГЦК и ГПУ более компактны, чем ОЦК.

Полиморфизм металлов. Некоторые металлы при разных температурах могут иметь различную кристаллическую решетку. Способность металла суще­ствовать в различных кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. Известны полиморфные превращения железа, титана и других элементов.

Температура превращения одной кристаллической модифика­ции в другую называется температурой полиморфного превра­щения.

При полиморфном превращении меняется форма и тип кри­сталлической решетки. Это явление называется перекристалли­зацией. α,β,γ,δ –обозначение полиморфных превращений (модификации). Тα (титан α)↔ Тβ (титан β) при тем-ре 882.

Полиморфные превращения сопровождаются скачкообразными изменениями свойств Ме: удельный объем, теплопроводность, электрическая проводимость, мех-е св-ва, физ-е св-ва. При температурах ниже 911 °С устойчиво Feα, имею­щее кристаллическую решетку ОЦК. Выше 911 °С до 1392 °С устойчиво Feγ, имеющее решетку ГЦК. При нагреве выше 911 °С атомы решетки ОЦК перестраиваются, образуя решетку ГЦК. На явлении полиморфизма основана термическая обработка.

6. Механические свойства металлов и сплавов. Испытания на твердость и ударную вязкость.

Механические свойства металлов и сплавов. Механическими наз-ся св-ва которые определяют поведение материала под действием внешних нагрузок. Классификация мех-х испытаний: 1-по скорости нагружения: статистические (V<=3м/мин) и динамические (V>3м/мин ), 2- по тем-ре испытаний: нормальные Т=18-23°С, критичные Т<0, специальные Т>200, 3- по длительности процесса испытания: кратковременные, длительные, 4- по способу нагружения: растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез.

Основные мех-е св-ва: Прочность – способность материала не разрушатся под действием приложенных к нему внешних сил. Пластичность –– способность материала получить остаточные изменения формы и размеров без разрушения. Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела. Ударная вязкость – степень сопротивления материала разрушению при ударной нагрузке.

Испытания на твердость

Твердомеры:

Твердость по Бринеллю

Испытание проводят на твердомере Бринелля

В качестве индентора используется стальной закаленный шарик диаметром D 2,5; 5; 10 мм, в зависимости от толщины изделия. Мерой твердости явл-ся диаметр отпечатка.

Метод Роквелла

Основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой

Индентор для мягких материалов (до НВ 230) – стальной шарик диаметром 1/16” (1,6 мм), для более твердых материалов – конус алмазный.

Метод Виккерса

Твердость определяется по величине отпечатка

В качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида.с углом при вершине 136o.

Ударную вязкость.

Ударная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению

Испытание проводят на образцах с надрезами определенной формы и размеров. Образец устанавливают на опорах копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника, который поднимают на определенную высоту. Ударная вязкость определяется работой, затраченной на ударный излом образца отнесенной к площади поперечного сечения образца в месте удара.

10. Поведение деформированных металлов при нагреве. Отдых и рекристаллизация. Влияние внешних факторов на размеры рекристаллизованного зерна.

Поведение деформированных металлов при нагреве. Отдых и рекристаллизация. Если нагреть Ме (Т<Тр) то будет происходить процесс возврат (отдых). В результате возврата плотность дислокаций не изменится, но они перераспределятся, в результате часть внутренних напряжений уменьшится. Отдыхом холоднодеформированного металла называют стадию возврата, при которой уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакан­сий; в ряде металлов, таких, как алюми­ний и железо, отдых включает также переползание дислокаций, которое со­провождается взаимодействием дисло­каций разных знаков и приводит к за­метному уменьшению их плотности. Перераспределение дислокаций сопро­вождается также уменьшением оста­точных напряжений. Отдых уменьшает удельное электрическое сопротивление и повышает плотность металла. В общем, твердость и прочность мак­симально уменьшаются на 10-15% пер­воначальных значений и соответственно увеличивается пластичность. После от­дыха повышается сопротивление корро­зионному растрескиванию. Структура остается волокнистой.

При нагреве Т>Тр происходит процесс рекристаллизации. Рекристаллизация – образование новых равноосных свободных от дефектов зерен в замен деформированной структуры. Стадии: 1) Рекристаллизация обработки (первичная). В результате плотность дислокаций снижается до исходного кол-ва. Ме разупрочняется. Тр-тем-ра рекристаллизации = а*Тпл.

2) Собирательная рекристализация заключается в росте образовавшихся новых зерен.

Влияние внешних факторов на размеры рекристаллизованного зерна. Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве, скорость нагрева и степень предварительной деформации. С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются. Чем меньше скорость, тем крупнее зерно. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10 %. Такую деформацию называют критической. Т>Тр – горячая деформация, Т<Тр- холодная деформация.

14. Диаграмма состояния двухкомпонентных сплавов, образующих эвтектику. Анализ диаграм­мы.(диаграмма состояния 1 рода)

Диаграмма состояния и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения сплавов (б)

Проведем анализ диаграммы состояния.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);

2. Число фаз: f = 3 (кристаллы компонента А, кристаллы компонента В, жидкая фаза).

3. Основные линии диаграммы:

 линия ликвидус acb-это тем-ра выше которой сплавы находятся в жидком состоянии, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;

 линия солидус ecf-это тем-ра ниже которой сплавы находятся в твердом состоянии, параллельна оси концентраций стремится к осям компонентов, но не достигает их;

4. Типовые сплавы системы.

а) Чистые компоненты, кристаллизуются при постоянной температуре, на рис 5.3 б показана кривая охлаждения компонента А.

б). Эвтектический сплав – сплав, который плавится при минимальной температуре для сплавов данной системы, соответствующий концентрации компонентов в точке с -эвтектическая точка (сплав I). Кривая охлаждения этого сплава, аналогична кривым охлаждения чистых металлов (рис. 5.3 б)

Эвтектика – равномерная механическая смесь одновременно закристолизовавшихся зерен обоих компонентов. При образовании сплавов механических смесей эвтектика состоит из кристаллов компонентов А и В: Эвт. (кр. А + кр. В) Процесс кристаллизации эвтектического сплава: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинается одновременная кристаллизация двух разнородных компонентов. На кривой охлаждения отмечается температурная остановка, т.е. процесс идет при постоянной температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии трех фаз (жидкой и кристаллов компонентов А и В) число степеней свободы будет равно нулю . В точке 1/ процесс кристаллизации завершается. Ниже точки 1/ охлаждается сплав, состоящий из дисперсных разнородных кристаллов компонентов А и В.

в) Другие сплавы системы аналогичны сплаву II, кривую охлаждения сплава см на рис 5.3.б. Процесс кристаллизации сплава II: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации избыточного компонента В. На кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз (жидкой и кристаллов компонента В) число степеней свободы будет равно единице. При охлаждении состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус до эвтектического. На участке 2–2 кристаллизуется эвтектика (см. кристаллизацию эвтектического сплава). Ниже точки 2 охлаждается сплав, состоящий из кристаллов первоначально закристаллизовавшегося избыточного компонента В и эвтектики. Для сплавов образующих эвтектику физико-механические св-ва меняются по линейной зависимости. Эвтектические сплавы имеют хорошие линейные св-ва, хорошо обрабатываются резанием.

18. Диаграмма состояния железо-углерод (цементит), компоненты и фазы, их строение и свой­ства. Превращения, протекающие в сплавах железо-углерод при охлаждении (нагреве). Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис. 1) на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства.

В системе железо-цементит (Fe - Fе3С) имеются следующие фазы: жидкий раствор. твердые растворы- феррит и аустенит, а также химическое соединение - цементит. Аустенит g-Fe - твердый раствор углерода в g-железе. Предельная растворимость углерода в g-железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160...200 НВ.

Цементит3С - химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% vглерода. Температура плавления ~1250°С. Время его устойчивости уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Ледебурит – двухфазная структура, эвтектическая смесь аустенита и цементита с содержанием углерода 4,3%, продукт кристаллизации жидкого сплава при т=1147. Перлит - двухфазная структура, эвтектоидная смесь феррита и цементита пластинчатого строения с содержанием С- 0,83%, продукт распада аустенита при т=727. Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус).ECF-линия эвтектического превращения, EC-линия ограниченной растворимости С в А, GSGP-линия полиморфного превращения, PSK-линия эвтектоидного превращения, PQ-линия ограниченной растворимости С в феррите. • стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита;• чугуны - более 2,14% С, содержат ледебурит.В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие названия:• менее 0,83 - доэвтектоидные стали;• 0,83 - эвтектоидные стали;• 0,83...2 - заэвтектоидные стали;• 2...4,3 - доэвтектические чугуны;• 4,3...6,67 - заэвтектические чугуны. Другой источник: Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации четырех основных превращений, в основе которых лежат стремления системы к минимуму свободной энергии 1. Превращение перлита в аустенит , происходит при нагреве выше критической температуры А1, минимальной свободной энергией обладает аустенит.

2. Превращение аустенита в перлит, происходит при охлаждении ниже А1, минимальной свободной энергией обладает перлит:

3. Превращение аустенита в мартенсит, происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия

4. Превращение мартенсита в перлит ; – происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита.

)

22. Общий анализ диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита. Перлит­ное и мартенситное превращения.

Общий анализ диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита.

Превращение А в П. На оси ординат Т, абцисс-время. Образцы нагревают выше крт.т , затем быстро охлаждают. И выдерживают при этих Т до полного распада аустенита. 1-время начала распада, 2-конца.Период до начала распада А наз-ся инкубационным. При 700- образуется П, 650-сорбит(тонкая мех-я смесь Ф+Ц), 550-троостит(смесь Ф+Ц, хорошая дисперсность, повышенная тв.), ниже 550-бейнит(смесь пересышенного С-ом Ф +карбиды(цементита), верзний Б при 500-350, нижний – 350-250). Охлажднение ниже-мартенсит(пересыш. р-р углер. в α железе)+Аост, еще ниже мартенсит.

Перлит­ное и мартенситное превращения.

Особенности перлитного превращения. 1. Протекает в интервале температур (Ас1, ТНУА-550). 2. Превращение является полиморфным сдвигом.3. Превращение диффузионное- протекает при наличии инкубационного периода, как в изотермических условиях, так и при непрерывном охлаждении, до полного исчезновения аустенита.4. Дисперсность и свойства Ф+Ц2 смесей зависит от степени переохлаждения. Чем ниже температура, тем мельче пластинки и выше твердость.

Новое превращение аустенита в мартенсит. При быстром охлаждении А бездиффуззионно превращается в М-это насыщенный упорядоченный твердый раствор углерода в α-железе. Особенности М-превращения. 1. Превращение бездиффузионное. Химический состав продукта превращения равен химическому составу исходного аустенита.2. Превращение сдвиговое. Оно требует непрерывного охлаждения. Начинается с температуры Мn, кончается при температуре Мк. Положение этих точек зависит от содержания углерода и легирующих элементов. 3. Превращение не имеет инкубационного периода и в изотермических условиях не происходит. 4. Превращение сопровождается объемным эффектом- образованием больших внутренних напряжений, которые приводят к кораблению изделия и образованию трещин.5. М. имеет высокую прочность и твердость, и хрупкость (55..65 HRC)

3. Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения, их влияния на свойства металлов.

Строение реальных металлов. Из жидкого расплава можно вырастить монокристалл. Их обычно используют в лабораториях для изучения свойств того или иного вещества.

Металлы и сплавы, полученные в обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов, то есть, имеют поликристаллическое строение. Эти кристаллы называются зернами. Они имеют неправильную форму и различно ориентированы в пространстве. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, отличную от ориентировки соседних зерен, вследствие чего свойства реальных металлов усредняются, и явления анизотропии не наблюдается.

Дефекты кристаллического строения, их влияния на свойства металлов. В кристаллической решетке реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Различают следующие структурные несовершенства:

• точечные (нульмерные)- малые во всех трех измерениях;

• линейные (одномерные) - малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем;

• поверхностные (двухмерные) - малые в одном измерении.

Точеные дефекты

Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей.

Вакансия - отсутствие атомов в узлах кристаллической решетки, «дырки», которые образовались в результате различных причин. Образуется при переходе атомов с поверхности в окружающую среду или из узлов решетки на поверхность (границы зерен, пустоты, трещины и т. д. ), в результате пластической деформации, при бомбардировке тела атомами или частицами высоких энергий (облучение в циклотроне или нейтронной облучение в ядерном реакторе). Концентрация вакансий в значительной степени определяется температурой тела. Перемещаясь по кристаллу, одиночные вакансии могут встречаться. И объединяться в дивакансии. Скопление многих вакансий может привести к образованию пор и пустот. Точечные дефекты искажают кристаллическую решетку и ухудшают св-ва Ме.

Линейные дефекты

Основными линейными дефектами являются дислокации. Дислокация - это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей. Дислокации облегчают пластическую деформацию.

Поверхностные дефекты - границы зерен, фрагментов и блоков

Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов).

Граница между зернами представляет собой тонкую в 5 - 10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.

Строение переходного слоя способствует скоплению в нем дислокаций. На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию. Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеального строения кристаллической решетки. Имеются участки, разориентированные один относительно другого на несколько градусов Эти участки называются фрагментами. Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией.

В свою очередь каждый фрагмент состоит из блоков, разориентированных на угол менее одного градуса . Такую структуру называют блочной или мозаичной. Анизотропия – различие св-в в зависимости от направления испытания.

7. Деформация металлов. Виды напряжений.

Деформация металлов. Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием приложенных сил. При приложении сил в Ме возникают напряжения. Напряжение – сила, действующая на единицу площади сечения детали.

Виды напряжений. Металл, находящийся в напряженном состоянии, при любом виде нагружения всегда испытывает напряжения (нормальные растягивающее и сжимающее) и касательные. Различают временное напряжение, обусловленное действием внешней нагрузки и исчезающее после ее снятия. Напряжение внутренне (остаточное) возникает и уравновешивается в переделах тела без действия внешний нагрузки. Виды деформаций: упругая – обратимое изменение формы и размеров тела под действием приложенных сил. При упругом деформировании изменяются расстояния между атомами металла в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места, и деформация исчезает., пластическая – необратимое изменение формы и размеров тела под действием приложенных сил. При пластическом деформировании одна часть кристалла перемещается по отношению к другой под действием касательных напряжений. При снятии нагрузок сдвиг остается, т.е. происходит пластическая деформация. В результате развития пластической деформации может произойти вязкое разрушение путем сдвига.

11. Разрушение металлов. Виды разрушений. Пути повышения прочности металлов.

Разрушение металлов.

Процесс деформации при достижении высоких напряжений завершается разрушением. Тела разрушаются по сечению не одновременно, а вследствие развития трещин. Разрушение включает три стадии: зарождение трещины, ее распространение через сечение, окончательное разрушение.

Виды разрушений. Различают хрупкое разрушение. Признаки: малая пластическая деформация, большая скорость распространения трещины, работа распространения трещины практически равна нулю. И Вязкое разрушение. Признаки: происходит со значительной пластической деформацией, малая скорость распространения трещины, большая работа распространения трещины.

Пути повышения прочности металлов.

Конструктивную прочность большое желание оказывают: габаритные размеры, сложность формы конструкции, наличие остаточных технологических напряжений, состояние поверхности, и среда в которой работает конструкция. Поэтому конструктивная прочность может быть повышена только в совокупности металлургических, технологических и конструкторских мероприятий.

15. Диаграмма состояния для случая полной взаимной растворимости компонентов в твердом состоянии. Анализ диаграммы.( диаграмма состояния 2 рода)

Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов системы представлены на рис. 5.1.

Рис.5.1 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а); кривые охлаждения типичных сплавов (б)

Сначала получают термические кривые. Полученные точки переносят на диаграмму, соединив точки начала кристаллизации сплавов и точки конца кристаллизации, получают диаграмму состояния.

Проведем анализ полученной диаграммы.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В).

2. Число фаз: f = 2 (жидкая фаза L, кристаллы твердого раствора )

3. Основные линии диаграммы:

-acb – линия ликвидус, выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии;

-adb – линия солидус, ниже этой линии сплавы находятся в твердом состоянии.

4. Характерные сплавы системы:

Чистые компоненты А и В кристаллизуются при постоянной температуре, кривая охлаждения компонента В представлена на рис. 5.1,б.

Остальные сплавы кристаллизуются аналогично сплаву I, кривая охлаждения которого представлена на рис. 5.1, б. У сплавов образующих твердые растворы физико-механические св-ва меняются по плавным кривым. Они отличаются низкой электропроводностью, обрабатываются давлением, хуже резанием.

19. Углеродистые стали. Влияние углерода и примесей на структуру и свойства углеродистых сталей.

Углеродистые стали - Fe – основа, С <= 1,3%. Примеси а) полезные Mn<0,7% -вводят специально как раскислитель. Повышает плотность на снижая пластичность и вязкость. Si<0,5%- вводят специально как раскислитель.б) вредные S<0,06%-присутствует в виде FeS и обеспечивает красноломкость стали-потеря пластичности при горячей обрадотки Ме давлением(800-1200оС). P<0,06%-обеспечивает хладноломкость-потеря пластичности при комнатной тем-ре. N<0,02…0,002% и O<0,02…0,002%. Нитриды и оксиды повышают прочность, но снижают вязкость за счет увеличения порога хладноломкости H<0,001…0,0007%. в) Cu Cr Ti Ni- случайные. Чем больше С, тем больше твердость, меньше пластичность и вязкость. Чем меньше С, тем больше цементита, который отличается высокой твердостью и очень высокой хрупкостью. Плотность с увеличением содержания С возрастает, достигая максимума при 0,8-0,9% С, затем падает. Падение прочности обусловлено образованием цементитной сетки.

24. Отжиг стали. Назначение, параметры, виды отжига.

Отжиг- это предварительная ТО, нагрев стали до заданной температуры, выдержка и медленное охлаждение.

Цели отжига:1. Снятие внутренних напряжений, возникших в результате предшествующей обработки2. Получение минимальной твердости. 3. Исправление структуры. 4. Устранение дендридной ликвации (химической неоднородности

Отжиг 1 рода – вид термической обработки, направленный на формирование равновесной структуры стали, подвергнутой предварительной пластической деформации. Не сопровождается фазовыми превращениями или они не имеют значения для решения практической задачи.

1.Рекристаллизационный отжиг применяется для снятия наклепа, возникшего при холодной пластической деформации. Тн=Тр+(100…150 С).

2. Низкий отжиг для снятия внутренних напряжений Тн=Ас1 - (50..100С)

3. Диффузионный отжиг (гомогенизация) для выравнивания хим. состава в пределах каждого зерна Тн=(0,8 – 0,85) Тпл. τ выд.=16-48 час.

Отжиг II рода.– устранение последствий предварительной термической обработки, повышение равновесности структуры. Сопровождается фазовыми превращениями, которые определяют структуру м свойства стали.

4. Неполный отжиг сопровождается частичной фазовой кристаллизацией и исправляет перлитную составляющую. Тн =Ас1+ (30..50С). Неполный отжиг для доэвтектоидных сталей не применяется.

5. Полный отжиг применяется для доэвтектоидных сталей. Недостаток отжига-большая длительность процесса. Тн=Ас3+ (30…50С)

6. Изотермический отжиг.

27. Отпуск закаленной стали. Виды отпуска, назначение. Влияние легирующих элементов на отпуск стали.

Отпуск – это нагрев закаленной стали ниже Ас1, выдержка и охлаждение на воздухе. Цели отпуска

1. Повысить вязкость стали при сохранении высокой прочности и твердости.

2. Уменьшить закалочное напряжение.

3. Получить более устойчивые структуры

Виды

-1Низкий отпуск Тн=150-200С М-Мо(мартенсит отпуска) Режущий и штамповочный инструмент, детали из низкоуглеродистых легированных сталей.

-2Средний отпуск Тн=350-400С М-То(троостит отпуска) Цель получить макс значения предела упругости

-3Высокий отпуск Тн=500-600С М-Со(сорбид отпуска) Обеспечить хорошее сочетание прочности и ударной вязкости.

Влияние лег элементов на отпуск

Млег+Цлег(К)+Аост

+легирующие элементы повышают устойчивость Млег и Аост к нагреву, поэтому легированные стали можно отпускать до более высоких Т; Твердость карбидов выше чем Ц в углеродистых сталях, поэтому износостойкость легированных сталей выше; У высоколегированных сталей наблюдается явление вторичной твердости

-Наблюдается явление отпускной хрупкости. Отпускная хрупкость 1 рода наблюдается при Т=300-400С причины- возникновение объемного напряженного состояния вызванного неоднородным распадом А. Необратимый процесс.

Отпускная хрупкость 2 рода. Причина – выделение фосфора, азота и тд в виде фосфидов и нитридов, которые охрупчивают сталь. Процесс обратимый. Избежать моно с помощью быстрого охлаждения.

30. Химико-термическая обработка. Азотирование стали.

ХТО – нагрев детали до заданной Т в хим. активной среде. Во время выдержки поверхность насыщается каким-либо элементом из внешней среды. В результате изменяется хим состав и свойства поверхностного слоя. Условия осущ ХТО

-Наличие во внешней среде насыщающего элемента в активном атомарном состоянии.

-Растворимость насыщенного элемента в основном металле

-Достаточно высокая Т процесса

Стадии ХТО

-Диссоциация

-Адсорбция

-Диффузия

В результате ХТО образуется диффузионный слой детали, отличающийся от исходного материала хим составом, структурой и свойствами.

Азотирование – процесс насыщения азотом поверхностного слоя деталей, изловленных из черных металлов. Качество азотированного слоя определяется соотношением в нем структурных фаз, зависящим от состава стали, температуры азотирования, времени выдержки, степени диссоциации аммиака. Легирующие элементы: (алюминий, хром, молибден, ванадий) образует с азотом твердые и стойкие нитриды. Азотированию подвергают стали, содержащие в качестве легирующих элементов по крайней мере алюминий и хром.

Температура азотирования – 500 0С;

Скорость дифундирования азота вглубь – 0,01 мм/ч.;

Время – 60-70 часов, глубина азотированного слоя – 0.6…0,7 мм.

Преимущества:

азотированная поверхность обладает устойчивостью против коррозии на воздухе, в пресной воде, в паровоздушной среде, в газовой среде.

Недостатки:

при азотировании детали увеличиваются в размерах и могут деформироваться. Поэтому азотированные детали подвергают либо полированию, либо шлифованию.

Применение: для изделий, от которых требуется высокая циклическая прочность, большая твердость, износостойкость (коленчатые валы, цилиндры двигателей, поршневые кольца, седла клапанов, борштанги и др.).

4. Кристаллизация металлов. Энергетические условия процесса кристаллизации. Механизм кристаллизации металлов. Строение металлического слитка.

Кристаллизация металлов. Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Возможен переход из одного состояния в другое, если новое состояние в новых условиях является более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии. Кристаллизация – переход Ме из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической решетки.

Энергетические условия процесса кристаллизации. С изменением внешних условий свободная энергия G изменяется по сложному закону различно для жидкого и кристаллического состояний. Выше температуры Ts вещество должно находиться в жидком состоянии, а ниже Ts - в твердом. При температуре равной Ts жидкая и твердая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго. Температура Tsпл)- равновесная или теоретическая температура кристаллизации. Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры Ts Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации (Тк).

Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения ΔТ = Тпл - Тк.Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязненности (чем чище металл, тем больше степень переохлаждения), от скорости охлаждения (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждени).

Кристаллизация - это процесс образования участков кристаллической решетки в жидкой фазе и рост кристаллов из образовавшихся центров.

Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.

Механизм кристаллизации металлов: При соответствующем понижении температуры в жидком металле начинают образовываться кристаллики - центры кристаллизации или зародыши. Для начала их роста необходимо уменьшение свободной энергии металла, в противном случае зародыш растворяется.

Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическим размером, а зародыш - устойчивым. Переход из жидкого состояния в кристаллическое требует затраты энергии на образование поверхности раздела жидкость - кристалл. Процесс кристаллизации будет осуществляться, когда выигрыш от перехода в твердое состояние больше потери энергии на образование поверхности раздела.

Зародыши с размерами равными и большими критического растут с уменьшением энергии и поэтому способны к существованию. Чем больше степень переохлаждения, тем меньше критический размер зародыша и больше число зародышей способно к росту. Чем меньше зерна Ме, тем лучше мех-е св-ва. Строение металлического слитка. 3 зоны.

1мелкокристаллическая корковая зона; 2зона столбчатых кристаллов; 3внутренняя зона крупных равноосных кристаллов.

Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения. Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации.Образуется мелкозернистая структура. Жидкий металл под корковой зоной находится в условиях меньшего переохлаждения. Число центров ограничено и процесс кристаллизации реализуется за счет их интенсивного роста до большого размера.

Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты. Растут дендриты с направлением, близким к направлению теплоотвода.

Так как теплоотвод от незакристаллизовавшегося металла в середине слитка в разные стороны выравнивается, то в центральной зоне образуются крупные дендриты со случайной ориентацией.

Зоны столбчатых кристаллов в процессе кристаллизации стыкуются, это явление называется транскристаллизацией.

Для малопластичных металлов и для сталей это явление нежелательное, так как при последующей прокатке, ковке могут образовываться трещины в зоне стыка.

В верхней части слитка образуется усадочная раковина, которая подлежит отрезке и переплавке, так как металл более рыхлый (около 15...20 % от длины слитка)

Методы исследования металлов: структурные и физические

Металлы и сплавы обладают разнообразными свойствами. Используя один метод исследования металлов, невозможно получить информацию о всех свойствах. Используют несколько методов анализа.

8. Особенности пластической деформации монокристалла. Сущность упрочнения.

Особенности пластической деформации монокристалла.

1)Пластическая деформа­ция в монокристалле носит сдвиговый хар-р. Основной механизм дефор-ии – скольжение по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям. Дефор-я происходит под действием касательных напряжений, когда они превышают критические значения. 2) Сдвиги происходят по плоскостям и направлениям наиболее плотно упакованных атомов. Чем больше таких плоскостей и направлений, тем пластичнее Ме. 3) Сдвиг происходит не сразу по всей плоскости, а в результате пробела дислокации по плоскости скольжения. 4) В процессе деформации не только перемещаются, но и размножаются. Вначале дислокации перемещаются по параллельным плоскостям, а в дальнейшем они начинают пересекаться по пересекающимся, испытывая сопротивление со стороны других дислокаций. В результате для перемещения дислокаций напряжения необходимо во время увеличивать. 5) В процессе деформации происходит упрочнение Ме (наклеп).

Сущность упрочнения. Заключается в росте плотности дислокаций и увеличении сопротивления их перемещения.

12. Строение сплавов. Основные фазы, возникающие в металлических сплавах.

Строение сплавов. Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением или спеканием двух или более Ме или Ме с неМе. Сплавы плавятся и кристаллизуются в интервале тем-р. В-ва составляющие сплав наз-ся – компоненты. Совокупность сплавов данных компонентов наз-ся система. Fe-C – сплавы система железо-углерод, Cu-Sn – медь –олово, Cu-As – медь-мышьяк.

Основные фазы, возникающие в металлических сплавах. В сплавах образуются фазы – это обособленная, однородная часть системы, отличающаяся одинаковым составом, строением и св-вами. Фазы: чистые компоненты, жидкие р-ры, твердые р-ры, химические соединения.

16. Диаграмма состояния для компонентов ограниченно растворимых друг в друге. Анализ диа­граммы. ( диаграмма состояния 3 рода)

Диаграмма состояния и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рис.5.5.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);

2. Число фаз: f = 3 (жидкая фаза и кристаллы твердых растворов (раствор компонента В в компоненте А) и ( раствор компонента А в компоненте В));

3. Основные линии диаграммы:

 линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;

 линия солидус аdcfb, состоит из трех участков;

 dm – линия предельной концентрации компонента В в компоненте А;

 fn – линия предельной концентрации компонента А в компоненте В.

4. Типовые сплавы системы.

При концентрации компонентов, не превышающей предельных значений (на участках Аm и nВ), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам твердым растворам с неограниченной растворимостью, см кривую охлаждения сплава I на рис. 5.5 б. При концентрации компонентов, превышающей предельные значения (на участке dcf), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам механическим смесям, см. кривую охлаждения сплава II на рис. 5.5 б.

Рис. 5.5 Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения типичных сплавов (б)

Сплав с концентрацией компонентов, соответствующей точке с, является эвтектическим сплавом. Сплав состоит из мелкодисперсных кристаллов твердых растворов и , эвт. (кр. тв. р-ра + кр. тв. р-ра )

Кристаллы компонентов в чистом виде ни в одном из сплавов не присутствуют. У сплавов с ограниченной растворимостью св-ва меняются в зависимости от принадлежности сплава к той или иной части диаграммы.

20. Легированные стали. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства железа. Легирующие элементы специально вводят в стали для изменения каких-либо ее св-в. Fe-С-ЛЭ-примеси- общий вид состава легированных сталей. Фазы в легированных слалях 1) Легирующие элементы могут растворятся в основных фазах стали Флег Алег Цлег. (FeMn)3C- цементит легированный. 2) Специальные карбиды К – химические соединения легированных элементов. Cr23Co, Mo2C.3) Fe2Mo TiNi3- интерметаллические соединения. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства железа. На Структуру1) Элементы расширяющие область устойчивого состояния γ фазы – стабилизаторы аустенита Ni, Cu, Co, Mn. 2) Cr, Si, V, W, Mo – элементы сужающие область существования γ фазы – стабилизаторы феррита. На св-ва: Mn, Si, Ni, Mo, V- упрочняют св-ва стали. Все легирующие элементы кроме Ni в кол-ве 1-3% снижают ударную вязкость стали.

Влияние легирующих элементов на структуру нормализованной стали.

Нормализация. – разновидность отжига.

Термическая обработка, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния, на 30…50 oС выше А3 или Аст с последующим охлаждением на воздухе.

доэвт. илиза эвт.

Нормализация – это нагрев стали выше верхней критической температуры, выдержка и охлаждение на воздухе.

Применение: в доэвтектоидных сталях измельчают структуру, повышают твердость и вязкость. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку. В низкоуглеродистых сталях нормализация является окончательной ТО. В среднеуглеродистых сталях нормализация может быть окончательной ТО, если деталь работает под нагрузкой. В высокоуглеродистых сталях нормализация только предварительная.

28. Закалка без полиморфного превращения. Процессы, протекающие при старении. Виды ста­рения.

Старение

Отпуск применяется к сплавам, которые подвергнуты закалке с полиморфным превращением. К материалам, подвергнутым закалке без полиморфного превращения, применяется старение. Закалка без полиморфного превращения – термическая обработка, фиксирующая при более низкой температуре состояние, свойственное сплаву при более высоких температурах (пересыщенный твердый раствор). Старение – термическая обработка, при которой главным процессом является распад пересыщенного твердого раствора. В результате старения происходит изменение свойств закаленных сплавов. В отличие от отпуска, после старения увеличиваются прочность и твердость, и уменьшается пластичность. Старение сплавов связано с переменной растворимостью избыточной фазы, а упрочнение при старении происходит в результате дисперсионных выделений при распаде пересыщенного твердого раствора и возникающих при этом внутренних напряжений. В стареющих сплавах выделения из твердых растворов встречаются в следующих основных формах:

тонкопластинчатой (дискообразной);

равноосной (сферической или кубической);

игольчатой.

Форма выделений определяется конкурирующими факторами: поверхностной энергией и энергией упругой деформации, стремящимися к минимуму. Поверхностная энергия минимальна для равноосных выделений. Энергия упругих искажений минимальна для выделений в виде тонких пластин. Основное назначение старения – повышение прочности и стабилизация свойств. Различают старение естественное, искусственное и после пластической деформации. Естественным старением называется самопроизвольное повышение прочности и уменьшение пластичности закаленного сплава, происходящее в процессе его выдержки при нормальной температуре. Нагрев сплава увеличивает подвижность атомов, что ускоряет процесс. Повышение прочности в процессе выдержки при повышенных температурах называется искусственным старением. Предел прочности, предел текучести и твердость сплава с увеличением продолжительности старения возрастают, достигают максимума и затем снижаются (явление перестаривания) При естественном старении перестаривания не происходит. С повышением температуры стадия перестаривания достигается раньше. Если закаленный сплав, имеющий структуру пересыщенного твердого раствора, подвергнуть пластической деформации, то также ускоряются процессы, протекающие при старении – это деформационное старение. Старение охватывает все процессы, происходящие в пересыщенном твердом растворе: процессы, подготавливающие выделение, и сами процессы выделения. Для практики большое значение имеет инкубационный период – время, в течение которого в закаленном сплаве совершаются подготовительные процессы, когда сохраняется высокая пластичность. Это позволяет проводить холодную деформацию после закалки. Если при старении происходят только процессы выделения, то явление называется дисперсионным твердением.После старения повышается прочность и снижается пластичность низкоуглеродистых сталей в результате дисперсных выделений в феррите цементита третичного и нитридов. Старение является основным способом упрочнения алюминиевых и медных сплавов, а также многих жаропрочных сплавов.

Соседние файлы в папке Ответы на зачетные вопросы