13. Сплавы. Деформируемые и литейные сплавы. Особенности строения и свойства.

Л итейный сплав в твёрдом состоянии хрупок, происходит разрушении в условиях растяжения или изгиба (ударного).

Деформируемый сплав пластичен.

Напряжение σ = P/F₀,

P – действующая нагрузка,

F₀ – площадь образца, которую он имеет в начале испытания на растяжение.

В ажнейшая характеристика:

σ_В – предел прочности при растяжении, что соответствует наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца.

σ_Т – сопротивление большой пластической деформации. Чем больше энергия атомов, тем выше σ_В. Структура с мелким зерном прочнее, чем структура с крупным.

σ_Т – предел текучести, для пластичных материалов σ_Т  0,5σ_В.

Условный предел текучести σ_0,2 = 0,5-0,7 σ_В.

HB – твёрдость по Бринелю, характеризует сопротивление металла большой пластической деформации в условиях сжатия.

P = 3000 кг, диаметр шарика = 10 мм.

HB = P/F_отп [кгс/мм²].

Чем выше HB, тем труднее изготавливать детали.

Линейная зависимость: σ_В  HB/3.

Пластичность определяется в испытаниях на растяжение.

l_н – начальная длина образца,

l_к – конечная.

Относительное удлинение σ% = (l_к-l_н)/l_н·100%.

Это характеристика надёжности материала.

Относительное сужение ψ% = (d_к-d_н)/d_н·100%,

d – диаметр образца.

Ударная вязкость – хар-ка, показывающая сопротивление материала к динамическим нагрузкам.

Ударная вязкость a_н = (P·H-P·h)/S [кгс/мм²].

Модуль Юнга E (нормальной упругости) показывает связь между нагрузкой и деформацией.

Чем жёстче материал, тем выше E. E_Fe = 20000 кгс/мм².

14. Диффузионные и Бездиффузионные превращения в металлических сплавах. Влияния на свойства.

1. Бездиффузионные превращения - превращения, связанные с перемещением ионов только в пределах элементарной кристалли­ческой ячейки.

К ним относятся полиморфные превращения, на­пример, Fe альфа-> Fe гамма

Для бездиффузионных превращений характерны:

1) перемещ. ионов на небольш. расстояния: одного или неск. межатомных расстояний;

2) большая скорость превращения;

3) сохранение числа и состава фаз, изм. лишь крист. реш.;

2. Диффузионные превращения - превращения связанные с пе­ремещением ионов на значительные расстояния (намного больше межатомных). Для них характерны меньшая скорость превращения, зависимость от температуры и времени.

К диффузионным процессам относятся:

1) полный распад ТВ. раствора на компоненты спла­ва (эвтектоидный распад): альфа -> А+В

2 ) частичный распад твердого раствора (рис)

альфа а -> альфа2 + В2

В обоих случаях происходит изменение числа и химическо­го состава фаз.

3) Коагуляция - процесс укрупнения и округления частиц второй фазы. Протекает без изменения числа фаз, но с измене­нием размеров и формы частиц. В процессе коагуляции мелкие частицы растворяются, а крупные растут. Коагуляция вызывает снижение прочностных характеристик, повышение пластичности и вязкости.

Металл переходит в более равновесное состояние.

15. Диаграммы состояния сплавов, характеризующие превращение в твердом состоянии.

Диаграмма состояния – график, описывающий изменение структурного и фазового состава сплава при изменении температуры. Диаграммы состояния строятся в координатах температура – химический состав. Все диаграммы строятся экспериментально.

Диаграммы I рода. Компоненты не растворимы друг в друге в твердом состоянии.

abc – линия ликвидус – геометрическое место точек начала кристаллизации сплавов различного химического состава: Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии. L – liquid.

dbe – линия солидус – геометрическое место точек конца процесса кристаллизации; Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.

abd и bce – двухфазное состояние сплавов – происходит процесс кристаллизации.

Точка b – точка эвтектики; x_b – эвтектический состав для данной пары компонентов.

Анализ превращений на диаграмме состояния каждого сплава необходимо вести вдоль вертикальной линии, проходящей через точку на оси химического состава, определяющую суммарный химический состав сплава. То есть состав сплава определяется точкой на диаграмме с координатами температура–химический состав.Структура и фазовый состав будет определяться областью, в которую попадет эта точка. Сплав (3) – эвтектический сплав, включающий в себя оба компонента; кристаллизуется аналогично чистым компонентам при постоянной температуре.

Диаграммы II рода. Компоненты неограниченно растворимы друг в друге в твердом состоянии.

Компоненты имеют близкие атомные параметры и кристаллические решетки.

– твердый раствор компонентов А и В друг в друге. Для разных веществ химический состав кристаллов  будет разный. Кристаллы в ходе кристаллизации имеют разный химический состав между точками (1) и (2). Диаграммы такого типа имеют компоненты близкие по атомным параметрам и по типу кристаллической решетки.

Диаграммы III рода. Компоненты ограниченно растворимы друг в друге.

abc – линия ликвидус; X_b – химический состав эвтектики.

adec – линия солидус.

df, eg – линии предельной растворимости в твердом состоянии.

– ограниченный твердый раствор компонента А в компоненте В.

– ограниченный твердый раствор компонента B в компоненте А.

Сплав (1): Выше t₁ – охлаждение с высокой скоростью, зависящее от внешних условий. 1-2 – первичная кристаллизация, образование  твердого раствора. Вследствие низкого содержания компонента А в исходном сплаве при достижении t₂ весь компонент А расходуется на образование -кристаллов, следовательно в точке 2 – однофазный твердый сплав. 2-3 – остывание сплава; превращений нет. Ниже температуры t₃ – точка 3 соответствует достижению -кристаллического состояния насыщенности, дальнейшее понижение температуры приводит к выделению избыточного компонента А за счет диффузии в небольшие зоны на границе кристаллов. Эти зоны превращаются в мелкие кристаллы , то есть происходит вторичная кристаллизация внутри твердой фазы.

Сплав (2): Процесс аналогичен образованию эвтектики, толь ко вместо чистых компонентов А и В – - и -твердые растворы. Сплав (3): Выше температуры t₄ – охлаждение сплава – превращений нет. t₄ – t₅ – первичная кристаллизация -кристаллов, при этом содержание компонента А в жидкости уменьшается и состав жидкости постепенно приближается к эвтектическому (при t₅). 5–5' – состав жидкости соответствует эвтектическому, идет образование эвтектики (температура постоянна). Температура ниже t₅ – охлаждение сплава, вторичная кристаллизация с образованием _-вторичных кристаллов. Для заэвтектической области процессы и кривые охлаждения сплавов аналогичны, только - и -кристаллы меняются местами.