14. Формирование структуры белых чугунов (построение кривых охлаждения с применением правила фаз, графическое изображение итоговых структур).

Доэвтектические чугуны начинают кристаллизацию в точке 1. В точке 2 содержание углерода в расплаве достигает 4,3% и при постоянной температуре 1147°С оставшийся расплав кристаллизуется в эвтектику (дисперсную смесь А, содержащего 2,14% С, и Ц), называемая ледебуритом L_C →А_E+Ц. Леде­бурит имеет сотовое или пластинчатое строение. При дальнейшем охлаждении (участок 2 - 3) из А выделяется избыточный C в виде Ц_II. В точке 3 начи­нается эвтектоидное превращение А в П при постоянной температуре 727 °С (площадка 3-3*). П образуется из структурно свободного А и из А, входящего в состав Л. Л, состоящий из смеси Ц и П, носит название видоизмененного ледебурита Л_вид (П+Ц) в отличие от Л состава Л (А+Ц). При дальнейшем охлаждении от точки 3^/ до точки 4 происходит выделение избыточного C из Ф, входящего в П и Л_вид, в виде Ц_III. Конечный состав доэвтектического чугуна П+Л_вид+Ц_II, поэтому такой чугун называют перлито-ледебурито-цементитным чугуном. Кристаллизация заэвтектических чугунов начинается в точке 1 выделением из жидкого расплава Ц_I. Выделяя высоко­углеродистую фазу - цементит, расплав обедняется углеродом и при температуре 1147°С содержит 4,3%С. При постоянной t расплав кристаллизуется с образованием Л. При дальнейшем охлаждении из А, входящего в Л, выделяется избыточный С в виде Ц_I . При достижении температуры 727°С А, содержащий 0,8% С, превращается в перлит A → Ф_Р +Ц и образуется видоизмененный Л. При дальнейшем охлаждении от точки 3^/ до точки 4 из Ф, входящего в состав П Л_вид, выделяется избыточный C в виде Ц_III. Конечная структура заэвтектического чугуна Л_вид +Ц_I +Ц_II носит название ледебуритно-цементитного чугуна.

15. Классификация углеродистых статей. 1). по хим-ому составу (по содержанию С): 1.1). низкоуглеродистые (до 0,3% С); 1.2). среднеуглеродистые (0,3-0,7% С); 1.3). высокоуглеродистые (более 0,7% С). 2). по качеству (совокупность металлургических процессов): 2.1). обыкновенного качества; 2.2). качественные; 2.3). высококачественные; 2.4). особовысококачественные. 3). по структуре в отожженном состоянии (в состоянии равновесия): 3.1). доэвтектоидные (П+Ф); 3.2). эвтектоидные (П); 3.3). заэвтектоидные (П+Ц); 4). по степени раскисленности (по наличию О2): 4.1). кипящие (много О2, кп); 4.2). полуспокойные (пс); 4.3). спокойные (сп). 5). по назначению: 5.1). конструкционные: 5.1.1). строительные; 5.1.2). машиностроительные. 5.2). инструментальные.

16. Маркировка конструкционных и инструментатьных углеродистых статей. 1). Конструкционные стали: 1.1). стали обыкновенного качества маркируются путем написания Ст0…6 кп, пс, СП (цифра номер но номенклатуре, чем больше цифра тем больше С). 1.2). по состоянию поставки: 1.2.1). сталь группы А (имеет гарантированные мех-ие св-ва). Маркируется Ст3кп; 1.2.2). сталь группы Б (имеет гарантированные хим. состав). Маркируется БСт3кп; 1.2.3). сталь группы В (имеет гарантированные мех-ие и хим-ие св-ва). Сталь можно термообрабатывать, сваривать и т.д.).Маркируется ВСт3кп. 1.2). качественные стали: маркируются: Сталь 05,08,10,15,20…85 (цифра показывает содержание С в сотых долях процента). 2). инструментальные: СтальУ7…13 (У – углеродиста, цифра показывает содержание С в десятых долях). СтальУ8А (сталь высококачественная).

17. Углеродистые стати. Постоянные примеси в технических сплавах и их влияние на свойства стати. Около 90 % промышленных деталей изготовляется из углеродистой стали. Характерной особенностью стали как конструкционного материала является высокий модуль упругости, который практически структурно-нечувствителен, в то время как все остальные свойства сильно зависят от структуры и могут быть изменены термической обработкой. Основным эле­ментом, от которого зависят свойства углеродистых сталей, яв­ляется углерод. В сталях постоянно присутствуют примеси: 1). вредные (сера, фосфор. Сера присутствуя в стали приводит к явлению наз-ым красноломкостью – это склонность стали к охрупчиванию при пониженных t; фосфор приводит к явлению наз-ым хладоломкастью – сталь склонна к охрупчиванию при пониженных t). 2). полезные (кремний, марганец. Они вводятся в сталь для ее раскисления. Раскисление – это процесс удаления О2 из жидкого Ме. Марганец так же устраняет вредное влияние серы). 3). скрытые (азот, кислород, водород).

18. Влияние содержания углерода на механические свойства стати, взаимосвязь со структурой. Полиморфное превращение железа. С резко повышает прочностные св-ва при

одновременном понижении пластичности и вязкости. Это объясняется торможением цементитными включениями движения дислокаций в Ф. Естественно, что тормозя­щая роль тем больше, чем больше количество цементита, которое уве­личивается с увеличением количества углерода в стали. С увеличением ко­личества углерода верхний порог хладноломкости стали резко смеша­ется в область более высоких темпе­ратур. Температурный порог хладнолом­кости сильно зависит от величины зерна стали, которую можно изменять соответствующей ТО. ТО положительно влияет и на структуру перлита. После нее вместо пластинчатого перлита получают перлит с глобулярной формой цементитных части, что повышает вязкость стали. Углерод влияет также и на другие физические свойства стали: с повышением количества углерода увеличиваются элект­росопротивление и коэрцитивная сила, уменьшается магнитная проницаемость. Железо кристаллизуется при 1539°С и имеет полиморфные превращения при 2 t: 1392 и 911°С. При t ниже 911°С существует α-Fe с решеткой ОЦК. В интрвале температур 911 и 1392°С устойчиво γ-Fe с решеткой ГЦК. Выше 1392°С до t плавления (1535±9)°С железо снова имеет решетку ОЦК и наз-ся δ-Fe.Ниже 768°С Fe ферромагнитно, выше – парамагнитно.

19. Чугуны. Белые и серые чугуны. Классификация и маркировка серых чугунов. Присутствие эвтектики в чугуне , обуславливает его использование как литейного сплава. С в чугунах может находиться в виде Ц или графита. Чугуны у которых весь С находится в связанном сосоянии в виде Ц наз-ся белым. Чугуны у которых либо весь, либо часть С находится в свободном состоянии в виде графита наз-ся серым. Все элементы входящие в состав чугунов рассматриваются с точки зрения процесса графитизации. Способствуют графитизации: C, Ni, Cu, Si. Эл-ты способствующие отбеливанию (образованию Ц): Mn, S, Cr. Так же фактором способствующим графитизации является малая скорость охлаждения. Если охлаждение замедленно, то образовываться Г, если оно ускорено, то образуется Ц. Белые чугуны подразделяются на: доэвтектические, эвтектические, заэвтектические. Белые чугуны обладают большой твердостью за счет Ц (НВ=4500-5500 МПа). В связи с этим применение белых чугунов ограгиченно. Поэтому в основном в промышленности применяют серые чугуны. По строению Ме серых чугунов подразделяются на: 1). ферритные А); 2). феррито-перлитные Е); 3). перлитные Д).

А) Б) В) Г) Д) Е)

В зависимости от формы Г, серые чугуны делятся на: 1). обыкновенные серые чугуны (форма Г пластинчатая) Г). Маркировка: СЧ12, СЧ28 (цифра показывает прочность чугуна). 2). высокопрочные чугуны (форма Г шарообразная) В). Маркировка: ВЧ50-2, ВЧ60-3 (1-ая цифра – прочность; 2-ая – относительное удлинение при растяжении). 3). ковкие чугуны (форма Г хлопьевидная). Маркировка: КЧ30-6.

21. Ковкий и высокопрочный чугун. Получение. Маркировка. Высокопрочными наз-ют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, церием, иттрием, которые вводят в жидкий чугун в количестве 0,02-0,08%. По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным (допускается до 20% перлита) или перлитным (допуска­ется до 20% феррита). Шаровидный графит является более слабым концентратором напряжений, чем пластинчатый графит, поэтому меньше снижает механические св-ва чугуна. Высоко­прочный чугун обладает более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Маркировка: ВЧ50-2, ВЧ60-3 (1-ая цифра – прочность; 2-ая – относительное удлинение при растяжении). Из высокопрочных чугунов изготавливают прокатные валки, кузнечно-прессовое оборудование и другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания. Ковкими наз-т чугуны, в которых

графит имеет хлопье­видную форму. Их получают пу­тем специального графитизирующего отжига (томления) отливок из белых доэвтектических чугунов. Отливки загружают в специальные ящики, засыпают песком или стальными стружками для защиты от окисления и производят нагрев и охлаж­дение по схеме. При температуре 950 -1000°С происходит графитизация эвтектического и избыточного цементита. При второй выдержке при температуре 720 - 740°С графитизируется цементит образовавшегося перлита. В результате продолжительного отжига весь углерод выделяется в свободном состоянии. Структура - ферритная или феррито-перлитная. Отсутствие литейных напряжений, снятых во время отжига, благоприятная форма и изолированность графитных включений обус­лавливают высокие механические свойства ковких чугунов. Маркировка: КЧ30-6 (1-ая цифра – прочность; 2-ая – относительное удлинение при растяжении). Из ковкого чугуна изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки, в том числе клапаны, муфты, картеры редукторов, коленчатые валы и др.

22. Сущность и назначение термической обработки стали. Роль термической обработки в повышении долговечности, служебных свойств изделий, снижение металлоемкости. Классификация видов термической обработки. Способы нагрева при термической обработке. Защитные атмосферы. Закалочные среды. Под ТО понимают такую обработку, которая при воздействии t приводит к изменению структуры, а следовательно и св-в материала. Различаю t нагрева, t выдержки, t охлаждения. ТО включает четыре основных вида: отжиг, закалку, отпуск и старение.

23. Отжиг стали и его разновидности. Нормализация стали. Закалка стали, ее виды. Назначение данных видов термообработок. Отжиг – вид ТО, который проводится с целью перевода материала в состояние равновесия после предварительных воздействий (сварка, ковка и т.д.). Отжиг бывает: I и II рода. При отжиге I рода фазовые превращения могут не происходить.

Нормализующий отжиг – вид ТО состоящий в нагреве стали на 30-70°С выше точке Ац3, выдержки при данной t, и последующем охлаждении на спокойном воздухе. Рекристализационный отжиг – это режим ТО, который состоит в нагреве стали ниже критических точек, выдержки при данной t и последующем охлаждении. Гомогонизирующий отжиг – вид отжига при, котором нагрев выше критических точек (1000-1500°С) и т.д.

(проводится для устранения неоднородности). Отжиг II рода – это вид ТО, который состоит в нагреве стали на 30-50°С выше крит-их точек, выдержке при данной t и последующем охлаждении (охлаждение при отжиге медленное). В зависимости от t нагрева отжиг II рода делится на: 1). полный (нагрев выше точек Ац3) для доэвтектоидных сталей; 2). неполный (нагрев на 30-50°С выше Ац1) для заэвтектоидных. Закалка – вид ТО состоящий в нагреве стали выше крит-их точек на 30-50°С, выдержке при данной t и последующем быстром охлаждении со скоростью не менее vкр. В результате получается структура мартенсит. Закалка делится на: 1). полную (нагрев на 30-50°С выше Ац3) для доэвтектоидных сталей; 2). неполную (нагрев на 30-50°С выше Ац1) для заэвтектоидных. Цель закалки высокая НВ.

24. Механизм перлитного и аустенитного превращений. Рост зерна аустенита. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита. Продукты перлитного распада аустенита и их механические свойства.

Образование А: превращение состоит из 2 одновременно притекающих стадии: полиморфного превращения Ф в А, а так же растворение Ц в А. 1-ые зародыши А возникают на межфазной границе раздела Ф и Ц. Образовавшиеся зародыши А растут благодаря интенсивной диффузии атомов С в А, что приводит к растворению Ц и превращению Ф в А. Одновременно будут зарождаться новые А зерна. Рост участков А в результате полиморфного превращения Ф в А протекает быстрее, чем растворяется Ц, поэтому после превращения Ф в А в структуре стали сохраняется некоторое кол-во Ц. Для его полного растворения необходимо увеличить продолжительность изотермической выдержки. Процесс превращения П в А резко ускоряется с повышением t. ускорение процесса нагрева приводит к получению более мелкой структуры, т.к. скорость образования зародышей выше скорости их роста. По склонности к росту зерна различают стали: 1). наследственно крупно зернистые; 2). наследственно мелко зернистые. Различная склонность стали к росту А зерна зависит от условия раскисления сталей и их хим. состава. Стали раскисляются Al, у них образуются частицы AlN и они тормозят рост зерен (барьерный эффект). Распад А: в процессе превращения происходит полиморфное превращение А в Ф и диффузионное перераспределение С в А. Скорость диффузии будет резко понижаться с уменьшением t. Снижение t: увелечение переохлаждения с одной стороны увеличивает разность свободных энергий А и П, что приводит к ускорению превращения, а с другой стороны уменьшает скорость диффузии С, а это приводит к замедлению превращения. Т.о. суммарное действие приводит к тому, что с начало с увеличением скорости переохлаждения скорость превращения возрастает, достигает max и затем скорость превращения убывает. В точке Мн диффузионная подвижность атомов Fe и C подовляется, а ниже Мн идет без диффузионное превращение. ΔF=Fа-Fп; D – скорость диффузии; δ – скорость превращения; ΔF – разность свободных энергий. 1- начало распада А; 2 – конец распада А; I – процесс диффузионного перемещения Fe и C (идет образование Ф и Ц). Перлитная область. II – промежуточная бейнитная область. Верхний бейнит образуется при t=400-500°С, который имеет перестое строение. Нижний бейнит образуется при более низких t, имеет пластинчатое строение. III – мартенситная область. Перлит, сорбит, трастит образующиеся при диффузионном распаде переохлажденного А, являются ферритно-цементитными структурами. Они имеют пластинчатое строение и отличаются только степенью дисперсности.