Шпоры по материаловедению5

53. Псевдо Ti-сплавы имеют преимущественно  структуру и, вследствие дополнительного легирования -стабилизаторами (Mn, V, Nb, Mo), - от 1 до 5% -фазы. Благодаря наличию -фазы они обладают хорошей технологической пластичностью при сохранении достоинств -сплавов. Сплавы с низким содержанием Al (2-3%) обрабатываются давлением в холодном состоянии и тлк при изготовлении деталей сложной формы подогреваются до 500-700С (ОТ4, ОТ4-1). Сплавы с большим содержанием Al при обработке давлением требуют подогрева до 600-800С. На жаропрочность сплавов кроме Al благоприятно влияют цирконий и кремний. Цирконий способствует  растворимости -стабилизаторов в -фазе и  t рекристаллизации. Кремний  жаропрочность вследствие образования тонкодисперсных силицидов, трудно растворимых в -фазе. Поэтому псевдо Ti-сплавы с повышенным содержанием Al (7-8%), легированные Zn, V, Mo, Nb, Si, используются в изделиях, работающих при наиболее высоких t. Недостаток: склонность к водородной хрупкости. Н₂ мало растворим в -фазе и присутствует в структуре в виде гидридной фазы, снижающей пластичность, особенно при медленном нагружении, и вязкость сплавов. Допустимое содержание Н₂ - (0,01-0,005)%.

54. Ti-сплавы. Сюда относятся сплавы, кот кроме Ti содержат (4…6)% Al. Это марка ВТ5. Это сплав нормальной прочности; В=(700…950)МПа, =(10…15)%. Этот сплав не упрочняется термической обработкой, у них высокая термическая стабильность св-в, т.е. механич св-ва в широком интервале t меняются оч мало. Детали из этого сплава могут длительно работать в интервале (-250…+500) С. Ti-сплавы хар-ся невысокой прочностью при комнатной t и не упрочняется при термообработке. Сплавы с цирконием наиболее технологичны, но это самые дорогие из Ti-сплавов. В горячем состоянии сплавы куют, прокатывают и штампуют. Из сплава ПТ7М изготавливают горяче- и холоднокатаные трубы. Сплавы поставляют в виде прутков сортового проката, поковок, труб, проволоки. Они предназначены для изготовления деталей, работающих в широком интервале t: от криогенных до 500С. «-»: низкая технологическая пластичность. «+»: высокая термическая стабильность свойств, хорошая свариваемость и высокие механич св-ва при криогенных t; обрабатываемость резанием удовлетворительная.

55. (+)Ti-сплавы. (+)Ti-сплавы: наиболее распространённый сплав в этой группе – сплав марки ВТ6. он содержит (5…7)% Al и -стабилизатор ванадий (3,5…5,5)%. Сплав ВТ6 упрочняется при термической обработке; после термич обработки имеет прочность 1200 МПа, высокую термическую стабильность св-в  применяют для изготовления деталей, длительно работающих при (450…500) С. (+)Ti-сплавы характеризуются наилучшим сочетанием механич и технологич св-в. По структуре после закалки различают мартенситный и переходный классы (+)Ti-сплавов. Сплавы мартенситного класса менее легированы и в равновесном состоянии содержат не более 25% -фазы.  кол-ва -фазы в сплавах переходного класса до 50% обеспечивает им самую высокую прочность этой группы сплавов.

56. Псевдо Ti-сплавы - сплавы, легированные большим количеством -стабилизаторов. Суммарное кол-во легирующих элементов в них обычно >20%. Наиболее часто их легируют Mo, V, Cr, реже Fe, Zr, Sn. Al присутствует почти во всех сплавах в небольшом количестве (3%). В равновесном состоянии они имеют в основном -структуру и небольшое кол-во -фазы (до 5%). Самый распространённый сплав ВТ15 содержит 3% Al и -стабилизаторы: 11% Cr и 8% молибдена. Псевдо Ti-сплавы после закалки имеют структуру метастабильной -фазы. В этом состоянии они имеют хорошую пластичность и сравнительно низкую прочность, благодаря чему хорошо обрабатываются давлением. При старении их прочность  в 1,5 раза. Псевдо Ti-сплавы малосклонны к водородной хрупкости, но чувствительны к примесям – О₂ и С, вызывающим  пластичности и вязкости; сварные швы имеют пониженную пластичность; термическая стабильность низкая.

57. Литейные титановые сплавы. Сплавы имеют хорошие литейные св-ва. Небольшой t-ый интервал кристаллизации обеспечивает высокую жидкотекучесть и хорошую плотность отливок. Они отличаются малой склонностью к образованию горячих трещин. Недостатки: большая склонность к поглощению газов и высокая активность при взаимодействии с формовочными материалами  плавку и заливку сплавов о в среде нейтральных газов или в вакууме в связи с их высокой химической активностью при нагреве. Отливки изготовляют методом фасонного литья в чугунные, стальные и специальные формы. Для получения высококачественных сложных Ti-ых отливок необходим комплексный подход к выбору оптимальных режимов литья как при плавке и заливке М, так и при формировании отливки в литейной форме. Литейные сплавы обладают более низкими механическими свойствами, чем соответствующий деформируемые. Упрочняющая термическая обработка не применяется, т.к. резко  пластичность сплавов.

58. Коррозионно-стойкие стали. Коррозия – разрушение М под действием окружающей среды. Сначала М теряет металлич блеск. Про Fe говорят, что оно ржавеет. Различает химич К, протекающую в среде газов и жидкостей, не являющихся электролитами (нефть, смазывающие материалы) и электрохим К, кот развивается в среде жидкостей, являющихся электролитами (кислоты, щёлочи, расплавы и растворы солей). Наиболее опасна межкристаллитная К. Граница зёрен имеет более низкий электрохим , чем само зерно. К сосредотачивается на границах зёрен и очень часто без каких-л внешних признаков распространяется по границам зёрен вглубь М. В рез-те резко  механич св-ва. Всегда стоит задача  К. Коррозионно устойчивые или нержавеющие стали – стали, кот устойчивы против К.  устойчивости сталей против К достигается введением в стали легирующих элементов, образующих на поверхности защитные, чаще всего окисные, плёнки, прочносвязанные с основным М и исключающие контакт м/у сталью и внешней агрессивной средой. Эти элементы  электрохим  стали. Осн элементом, обеспечивающим коррозионную стойкость стали, явл Cr. Кроме того,  коррозионную стойкость стали присутствие в ней Ni. Min содержание Cr, чтобы сталь стала нержавеющей, 12%. При этом очень важно, чтобы содержание С было min, т.к. в присутствии С образуются карбиды. Дальнейшим развитием стало введение в нержавеющую сталь Ni, Ti, ниобия, молибдена, что  коррозионную стойкость, механич св-ва. Чтобы  коррозионную стойкость, надо, чтобы структура была однородной. Для этого её подвергают закалке: нагревают при (1100…1200) Си охлаждают в Н₂О. Наиболее распространённые явл хромистые нержавеющие стали (1Х13, 2Х13, 4Х13, 3Х13). Наилучшая нержавеющая сталь - Х18Н10Т.

59. Жаростойкие стали. Жаростойкость (окалиностойкость) – способность М сопротивляться хим коррозии сухой газовой среде при высоких t. Fe с О₂ может образовывать оксиды трёх видов: FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃. До (560…600)С окалина состоит преимущественно из плотного слоя оксидов Fe₃O₄ и Fe₂O₃, что затрудняет диффузию атомов О₂ и М. Выше 600С происходит растрескивание этих оксидов и вместо них защита М о лишь рыхлым оксидом FeO, что облегчает доступ О₂ к поверхности М. Нагрев выше 600С приводит к интенсивному окислению сплавов на основе Fe. Основным фактором, влияющим на Ж, явл хим состав М, определяющий защитные св-ва оксидной плёнки. Рыхлый оксид Mg почти не защищает М при нагреве. Mg не тлк быстро окисляется, Нои легко воспламеняется при нагреве  используется в пиротехнике. Оксиды М II-ой группы при нагреве разрушаются за счёт сублимации в случае Мо и W, так и благодаря растворению в М входящего в них О₂ (Ti, Zr). При  t сверх определенного предела  эффективность оксидов М III-ей группы. Для технич Fe предельная рабочая t нагрева в воздушной среде составляет 560С. М VI-ой группы, благодаря плотной оксидной плёнке с высокими защитными свойствами при нагреве, имеют хорошую Ж. Сr, Si и Al используют для Ж легированных сталей. Оксид легирующего элемента должен быть плотным, не подверженным растрескиванию при нагреве, иметь высокие t сублимации и плавления. Т.к. высокое содержание Si и Al способствует охрупчиванию и  технологическую пластичность при обработке давлением, основным легирующим элементом явл Cr. Жаростойкие св-ва  с  его содержания в стали. Хромистые марки сталей относятся к сталям ферритного класса. Для изготовления деталей печного оборудования применяют стали 20Х23Н18, 20Х25Н20С2, имеющие Ж до 1100С. Эти марки относятся к аустенитному классу и характеризуются не тлк высокой жаростойкостью, но и высокой жаропрочностью. Хотя уровень жаростойкости стали и её max рабочая t определяются содержанием Cr,  t эксплуатации обусловливает одновременный рост концентрации Ni, что связано с необходимостью стабилизации аустенитной структуры.

60. Жаропрочные стали. Жаропрочность (Ж) – способность противостоять развитию пластической деформации и разрушениям под действием механич нагрузок при высоких t. Жаропрочные стали и сплавы применяют для изготовления многих деталей, работающих при высоких t.  t сильно влияет на все механич св-в:  модуль упругости, жёсткость, lim прочности,  lim текучести. Всё это связано с  межатомных F сцепления. Если при высокой t нагрузить М const действующим напряжением и оставить его под этой нагрузкой не длительное время, то м в течение всего времени действия нагрузки и t, будет деформироваться с определённой . Это явление наз-ся ползучестью, кот со временем может привести к разрушению. Поэтому Ж тем , чем  межатомные F связи крист решётки М. Способы  Ж: 1) легирование тв р-ра. В рез-те этого  энергия связи м/у атомами, затрудняются процессы диффузии,  t рекристаллизации. 2) в сплавах создают гетерогенную структуру, когда в сплаве наряду с тв раствором имеется выделение избыточных фаз (карбидов, интерметаллидов). Наличие равномерно распределенных избыточных фаз затрудняет пластическую деформацию при высоких t и тем самым  Ж. В настоящее время лучшими Ж сталями явл аустенитные Ж стали. Их состав похож на коррозионно-стойкие стали: 12Х18Н10Т. Основные критерии Ж: 1) предел длительной прочности – напряжение, кот приводит к разрушению образца при заданной t за определённое время, соответствующее условиям эксплуатации изделий. – предел длительной прочности, где t и  указывают tС и время испытаний (ч). 2) предел ползучести – напряжение, вызывающее заданную суммарную деформацию за определенное время при заданной t. - предел ползучести, где t, % - суммарное удлинение, ч – время. Для деталей длительно работающих при повышенных t, задается скорость ползучести на установившейся стадии процесса. Срок службы, на кот рассчитана машина или механизм, определяет выбор критерии Ж и материала для их изготовления.

61. Жаропрочные никелевые сплавы. Суперсплавы на никелевой основе в качестве особо жаропрочных материалов имеют наибольшее распространение. Гомологические рабочие температуры НС выше, чем у др систем легирования. Суперсплав имеет сложный хим состав, насчитывает до 10-12 компонентов. Fe в сплавах присутствует в виде примесей , хотя имеется ряд марок, содержащих до 30%Fe. Легирование Cr обеспечивает стойкость к высокотемпературной коррозии. Mo и W  жаропрочность сплава. Al и Ti с Ni образуют ’- фазу Ni₃(Al,Ti), явл основным упрочнителем. Co вводится в никелевую систему для энергии дефектов упаковки и интенсифицирует дисперсионное твердение, обусловленное выделением ’- фазы. В НC после закалки или диффузионного отжига и последующего старения происходит дисперсионное твердение с образованием интерметаллида ’-фазы. Выдержка при высоких t приводит к растворению интерметалливидных фаз с образованием однородного твердого р-ра с низкой твердостью и получением необходимого размера зерна. Выделяющаяся при старении из твердого раствора интерметалливидная ’-фаза обладает уникальными свойствами и вносит определяющий вклад в упрочнение. НС, объемная доля ’-фаз в кот >50%, уже нельзя подвергать горячей деформации обычными способами; изделия из них получают методом точного литья. Определяющей для длительной прочности НС явл стабильность структуры. Структурные изменения обусловлены процессами старения и сводятся к выделению карбидов, трансформации ’-фазы или образованию др фаз. Выделения фаз могут протекать относительно быстро при высоких t. НС должны сод min концентрации вредных примесей (S, P, теллур).

62. Мартенситно-стареющие стали. Отличительной особенностью этой группы сталей явл получение при закалке практически безуглеродистого легированного М и его последующее старение при 500С, сопровождающееся выделение интерметалливидных фаз. Это обеспечивает сочетание высоких прочностных свойств с достаточной пластичностью и вязкостью. Опасность хрупких разрушений при низких t  благодаря присутствию Ni и низкого содержания C(<0.03%). Высокая концентрация легирующих элементов предотвр образование немартенситных продуктов превращения А независимо от  охлаждения при закалке. Введение Co снижает критическую точку мартенситного превращения. Влияние Co на мех свойства МС обусловлено участием в процессе старения за счет образования сложных соединений Co-Ni-Mo-Ti, когерентно связанных с металлической матрицей. Со уменьшает растворимость Мо в -Fe, подавляя образование -феррита и способствующий упрочнению при старении. ЭП921 сочетает высокую прочность и твердость с удовл пластичностью и вязкостью при низких t. Удовл деформация в горячем состоянии. Применяют для изготовления высоконагруженных деталей и элементов турбодетандеров (лопатки, валики), где требуется сочетание высокой твердости и эрозионной стойкости. ЭП767. Оптимальное сочетание прочности, пластичности, вязкости достиг при ТО, сост из закалки, обработки ходом и старении при 520С в течение 6ч. Обладают удовл свариваемостью. Сталь выплавляют в промышл электропечах с последующим вакуумно-дуговым переплавом литых электродов. Широко используется в ракетно-косм технике. Недостатки ЭП921 и ЭП767 - повышен содержание дорогого Со, ограничение нижнего предела применения температурой 77К.

63. Стали для упругих элементов. Осн требования, предъявляемые к сталям для упругих элементов (рессорно-пружинным): высокое сопротивление малым пластическим деформациям, высокий предел выносливости, повышенная релаксационная стойкость с сохранением упругих свойств в течение длительного времени. Высокие упругие св-ва обеспечиваются при содержании 0,5-0,7% С и получении трооститной структуры за счёт закалки и среднего отпуска при 350-450С. Стали для пружин и рессор обычно легируют Si и Mn, иногда в сочетании с др элементами. Рессорно-пружинные стали должны обл хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью. Присутствие после закалки в структуре продуктов перлитного превращения или А_ОСТ  упругие св-ва стали. Для  сопротивления пластическим деформациям важным явл получение мелкозернистой структуры. Величина предела выносливости  при наличии поверхностных дефектов и обезуглероживании. После дробеструйной обработки в поверхностных слоях создаются остаточные сжимающие напряжения, что  выносливость. Предел усталости в рез-те поверхностного наклёпа  в 1,5-2 раза. Для работы в агрессивных средах пружины изготовляют из хромистых коррозионностойких сталей.

64. Высокопрочные чугуны. Свойства, состав и маркировка. Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и графитных включений. Св-ва чугуна зависят от св-в металлической основы и характера включений графита. Металлическая основа может быть перлитной, когда 0,8% С находится в виде цементита, а остальной С - в виде графита; феррито-перлитной, когда кол-во С в виде цементита <0,8%, и ферритной. Структура металлической основы определяет твёрдость чугуна. Графит чугуна бывает пластинчатым (серый чугун), хлопьевидным (ковкий чугун) и шаровидным (высокопрочный чугун). Чугун можно рассм как сталь, пронизанную включениями графита, ослабляющими его металлическую основу. По мере округления графитных включений из «-» роль как надрезов металлической основы , и механич св-ва чугуна . Округлённая форма графита достигается модифицированием. Модификаторами чугуна служат SiCa, FeSi, Al, Mg. При использовании в качестве модификатора Mg, вводимого перед разливкой в количестве до 0,5%, получают высокопрочный чугун с шаровидной формой включения графита. Mg обычно вводят в автоклавах. Действие Mg объясняется  поверхностного натяжения графита и образованием микропузырьков пара, в кот диффундирует С. Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления, н-р ВЧ35. Из высокопрочных чугунов изготавливают ответственные детали: зубчатые колёса, коленчатые валы.

65. Серые чугуны. Свойства, состав и маркировка. Серый чугун имеет низкие хар-ки механич св-в при испытаниях на растяжение. Включения графита играют роль концентраторов напряжений  работа дара близка к 0. Твёрдость и прочность при испытаниях на сжатие, зависящие от свойств металлической основы, у чугуна достаточно высоки. Серый чугун с пластинчатой формой графита имеет ряд преимуществ. Он позволяет получать дешёвое литьё, т.к. при низкой стоимости обл хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Включения графита делают стружку ломкой  чугун хорошо обрабатывается резанием. Благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами. Чугун имеет высокие демпфирующие св-ва, хорошо гасит вибрации и резонансные колебания. Маркируется серый чугун буквами СЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение.

66. Ковкие чугуны (КЧ). Св-ва, состав и маркировка. Название КЧ условно, изделия из них получают литьём, пластической деформации они не подвергаются. Ковкий чугун получают из белого путём графитизирующего отжига. Графит в ковком чугуне имеет форму хлопьев. Состав КЧ стабилен: (2,2…3)% С, (0,7…1,5)% Si, (0,2…0,6)% Mn, 0,2 P, 0,1 S. Из-за низкого содержания С ковкий чугун выплавляют не в вагранке, а в электропечи. После заполнения форм отливки быстро охлаждают и получают структуру белого чугуна. Затем отливки подвергают длительному отжигу (до 2 суток) – томлению, предохраняя их от окисления печными газами засыпкой песком и др. В рез-те отжига структура состоит из зёрен феррита или перлита и хлопьев графита. Излом чугуна, структура кот состоит из феррита и графита, тёмный. Такой КЧ называют чёрносердечным, т.к. он содержит сравнительно много графита. Если в области эвтектоидного превращения проводить более быстрое охлаждение, то в структуре сохранится перлит. Такой чугун называют перлитным ковким чугуном или светлосердечным. В его структуре содержится графита меньше, чем в ферритном ковком чугуне. Маркируют ковкий чугун буквами КЧ и цифрами временного сопротивления и относительного удлинения, н-р КЧ35-10.

16. Диаграмма состояния системы, в кот компоненты ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и образуют эвтектику. Adb – ликвидус, acdeb – солидус, cf и eg – линии предельной растворимости, кот определяет равновесное содержание растворённого компонента при изменении t. Мax содержание компонента В в -фазе определяется тчк с и при охлаждении снижается до тчк f. При t, соответствующей линии ad из жидкого р-ра выделяются кристаллы -твёрдых растворов. При t, соответствующей линии db из жидкого р-ра выделяются кристаллы -растворов. Тчк С характеризует предельную растворимость В в А, тчк е – предельную растворимость А в В. Сплав, соответствующий тчк d наз-ся эвтектическим (наиболее легкоплавким). Он кристаллизуется с одновременным выделением двух твёрдых фаз определённой концентрации: твёрдого р-ра  состава тчк с и твёрдого р-ра  состава тчк е. В рез-0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 те образуется смесь двух фаз, кот называют эвтектикой. Эвтектическая р-ия протекает по след схеме: . Эта р-ия протекает при t, соответствующей тчк d – эвтектической.