Шпоры по материаловедению

55. 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. Самый распространённый сплав ВТ15 содержит 3% Al и -стабилизаторы: 11% Cr и 8% молибдена. В основном содержат -фазу и до 5% -фазу. 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 и составляет (1300…1800)МПа. 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.

56. 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 фасонного литья применяют сплавы, аналогичные по хим составу некоторым деформируемым (ВТ5Л, ВТ3-1Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы. 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.

57. 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%. Они могут быть разными: чисто хромистые стали, содержащие тлк Cr. 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 вН₂О. Наиболее распространённые явл хромистые нержавеющие стали (1Х13, 2Х13, 4Х13, 3Х13). Наилучшая нержавеющая сталь - Х18Н10Т.

58. 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. Сталь, содержащая 5% Cr, сохраняет Ж до 600С (15Х5), 9% (40Х9С2) – до 800С, 17% (08Х17Т) – до 900С. 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.

59. 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.

60. Жаропрочные никелевые сплавы. Чистый Ni имеет низкую длительную прочность.  свойств достигается путём комплексного легирования, в рез-те кот образуются многофазные сплавы, отвечающие требованиям современного машиностроения. Cr, Co, Mo, V, W, гафний упрочняют твёрдый р-р, основу сплава. Cr защищает сплав от окисления; Mo, W, V образуют в сочетании с Cr упрочняющие сплав карбидные фазы. Эффективными упрочнителями сплавов явл труднорасворимые оксиды типа ThO₂, ZrO₂, Al₂O₃. Повышенное кол-во карбидов «-» сказывается на пластичности сплавов  в деформируемых сплавах предельное содержание С чаще всего составляет 0,08%. Но содержание С <0,03% тоже нежелательно, т.к. долговечность сплавов и длительная пластичность . Для большинства сплавов на основе Ni содержание С колеблется от 0,03 до 0,08%. Самым простым по составу из дисперсионно-твердеющих никелевых сплавов явл сплав ХН77ТЮ. Более высокожаропрочный сплав ХН77ТЮР отличается от него присадкой бора в количествах 0,005-0,008%. После закалки сплав обладает относительно невысокой прочностью, но высокой пластичностью. Высокая пластичность сплава в защищённом состоянии позволяет проводить сварку, а также операции пластической деформации в холодном состоянии. Max прочность сплав приобретает после старения при 700С. Ведение бора  длительную прочность сплава, и этот эффект, обнаруженный на сплаве ХН77ТЮ, был затем широко использован при создании жаропрочных сплавов на основе Ni. Последующие разновидности сплавов отличаются от сплава ХН77ТЮР более высоким содержанием Ti, Al и дополнительным введением ниобия, что кол-во -фазы, выделяющейся при старении. С целью упрочнения твёрдого раствора в сплавы вводят Mo, W, ниобий. Чтобы сохранить удовлетворительную пластичность сплавов в них  содержание Сr. Но  содержания Cr ниже 15% влечёт за собой  сопротивления окислению  сплавы с низким содержанием Cr требуют защиты от газовой коррозии. Горячая деформация высоколегированны жаропрочных сплавов на основе Ni имеет следующие особенности: 1) малую пластичность при всех t; 2) высокое сопротивление деформации; 3) узкий температурный интервал деформации; 4) высокую чувствительность к перегреву.

61. Мартенситно-стареющие стали. Благодаря высокой прочности и технологичности мартенситно-стареющие стали (МСС) явл перспективными материалами для создания современных изделий, работающих при различных t, высоких давлениях и в агрессивных средах. Рассм результаты исследования по изменению фазового состава, механ свойств, размеров и стойкости к коррозионному разрушению под напряжением (КРН) экономнолегированной стали 03Х11Н10М2Т-ВД в зависимости от различных режимов предварительной термообработки (ТО). В процессе нагрева стали в области 535…800^оС происходит полное полиморфное α-γ превращение с одновременным относительным  размеров образцов на 0.360%. При нагреве образцов, вырезанных из листов толщиной 10 мм, предварительно закаленных с 1000^оС до различных t в области α-γ превращения и последующего охлаждения, фазовый состава стали изменяется с образованием А_ОСТ. С изменением кол-ва А_ОСТ происходит и пропорциональное изменение тока размагничивания I_р, т.е. с  кол-ва А_ОСТ  ток размагничивания I_р. Изменение фазового состава МСС приводит к изменению коэффициента линейного расширения пропорционально содержанию А_ОСТ. Повышение t способствует растворению интерметаллидных фаз и перераспределению Ni, Cr, Mo, Ti, изменяет концентрационную неоднородность и приводит к дальнейшему образованию центров и росту А. Образование устойчивого А в низкотемпературной области α-γ превращения можно объяснить преимущественно фазовым наклепом и перераспределением легирующих элементов, имеющих хим средство к А и образованием устойчивой субструктуры. С  прочности выше 1300…1350 МПа наблюдается относительное  стойкости к КРН. Образцы, состаренные при 400…500^оС, имеют min относительную стойкость к КРН, а после старения с t выше 540^оС и с прочностью 1300…1350 МПа стойкость к КРН значительно . При старении с 560…650^оС сталь обладает высокой стойкостью к КРН. Образцы с содержанием более 5% А_ОСТ при проведении соответствующей ТО в процессе ускоренного испытания не разрушались при выдержке более 24 ч, что указывает на высокую стойкость к КРН.

62. Стали для упругих элементов.  ttt 

63. 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 (_В>350МПа, _0,2>220МПа, >22% твёрдость 140…170НВ). Из высокопрочных чугунов изготавливают ответственные детали: зубчатые колёса, коленчатые валы.

64. Серые 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. 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. Н-р, СЧ10 содержит (3,5…3,7)% С, (2,2…2,6)% Si, (0,5…0,8)% Mn, P<0,3% и S<0,15%, _В=100МПа, твёрдость <190НВ. СЧ35 содержит (2,9…3)% С, (1,2…1,5)% Si, (0,7…1,1)% Mn, P<0,2% и S<0,12%, _В=350МПа, твёрдость <275НВ.

65. Ковкие 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. Название ковкие чугуны 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 ковкого чугуна довольно 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 ковкий чугун 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. Механич св-ва и химич состав КЧ33-8 (ферритный чугун): (2,6…2,9)% С, (1 …1,6)% Si, (0,4…0,6)% Mn, P<0,18% и S<0,2%, _В>323МПа, >8%, твёрдость = (100…163)НВ; КЧ55-4 (перлитный чугун): (2,5…2,8)% С, (1,1 …1,3)% Si, (0,3…1)% Mn, P<1,1% и S<0,2%, _В>539МПа, >4%, твёрдость = (192…241)НВ