Соединения металлов друг с другом (Интерметаллиды)

6.Основные типы диаграмм состояния двойных сплавов.

7.Правило анализа диаграммы состояния .Правила Курнакова .

8.Железо и его свойства. Полиморфизм железа. Основные фазы и структурные составляющие в железоуглеродистых сплавах .

9.Диограмма железо-углерод. Классификация железоуглеродистых сплавов .

Критические точки – температуры при которых происходят превращения.

Диаграмма состояния железо-углерод обычно охватывает сплавы ,содержащие от 0 до 6,67% углерода .Образуется химическое соединение карбид железа или цементит Fe3C.Все железоуглеродистые сплавы распределяются на 3 группы :техническое железо (до 0,03%С углерода ),стали (от 0,03 до 2,14 %углерода ) и чугуны (более 2,14% углерода )

 

 

10.Белые чугуны .Структуры ,свойства, получение и применение чугунов .

В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита или других карбидов .Эти чугуны получили название по цвету излома(светлому, блестящему)В зависимости от содержания углерода белые чугуны подразделяются на доэвтектические ,эвтектические .В нелегированных доэвтектических чугунах содержится от 2,14 до 4,3% в эвтектическом 4,3% ,в заэвтектических от 4,3до 6,67% углерода .

В структуре всех белых нелегированных чугунов находится эвтектика (ледебурит),а структура белого эвтектического чугуна состоит только из одного ледебурита.(Л=Ц+А).Белые чугуны редко используются в народном хозяйстве в качестве конструкционных материалов, так как из-за большого содержания цементита очень хрупкие и твердые, с трудом отливаются и обрабатываются инструментом. Из них делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в условиях повышенного абразивного изнашивания. Для увеличения изно-состойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами. Маркировка белых чугунов не установлена.Белый чугун, в котором весь углерод (2,0...3,8%) находится в связанном состоянии в виде Fe3C (цементита), что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали.

 

 

11.Графитизированные чугуны .Структуры, свойства, получение и применение чугунов .Особенности маркировки серых, высокопрочных и ковких чугунов.

Графитизированные чугуны.
В зависимости от формы графитных включений различают серые, высокопрочные, ковкие чугуны и чугуны с вермикулярным графитом.
Серые чугуны получают при меньшей скорости охлаждения отливок, чем белые. Они содержат 1 – 3 %Si – обладающего сильным графитизирующим действием.
Серый чугун широко применяется в машиностроении. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом. Из него производят станины станков, блоки цилиндров, фундаментные рамы, цилиндровые втулки, поршни и т.д.
Серые чугуны маркируются буквами СЧ и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кгс/мм²), например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (ГОСТ 1412-85).
Графит в сером чугуне наблюдается в виде темных включении на светлом фоне нетравленного шлифа. По нетравленному шлифу оценивают форму и дисперсность графита, от которых в сильной степени зависят механические свойства серого чугуна.
Серые чугуны подразделяют по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации. Степень или полноту графитизации оценивают по количеству свободно выделившегося (несвязанного) углерода.
Полнота графитизации зависит от многих факторов, из которых главными являются скорость охлаждения и состав сплава. При быстром охлаждении кинетически более выгодно образование цементита, а не графита. Чем медленнее охлаждение, тем больше степень графитизации. Кремний действует в ту же сторону, что и замедление охлаждения, т.е. способствует графитизации, а марганец – карбидообразующий элемент – затрудняет графитизацию.
Если графитизация в твердом состоянии прошла полностью, то чугун содержит две структурные составляющие – графит и феррит. Такой сплав называется серым чугуном на ферритной основе (рис. За). Если же эвтектоидный распад аустенита прошел в соответствии с метастабильной системой

эвтектоид (перлит)

то структура чугуна состоит из графита и перлита. Такой сплав называют серым чугуном на перлитной основе. Наконец, возможен промежуточный вариант, когда аустенит частично распадается по эвтектоидной реакции на феррит и графит, а частично с образованием перлита. В этом случае чугун содержит три структурные – графит, феррит и перлит. Такой сплав называют серым чугуном на феррито-перлитной основе.
Феррит и перлит в металлической основе чугуна имеют те же микроструктурные признаки, что и в сталях. Серые чугуны содержат повышенное количество фосфора, увеличивающего жидкотекучесть и дающего тройную эвтектику.
В металлической основе серого чугуна фосфидная эвтектика обнаруживается в виде светлых, хорошо очерченных участков.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом (ВЧШГ) маркировка (ВЧ)-высокопрочный чугун-число после букв показывает среднее значение предела прочности кгс/мм² Половина мирового объёма производства ВЧ приходится на центробежнолитые трубы.

Ковкие чугуны маркируют по ГОСТ буквами КЧ и двумя числами . Первое число показывает предел прочности при растяжении в кгс/мм² ,второе- относительное удлинение в процентах .Своё название ковкие чугуны получили за их повышенную пластичность и вязкость.

12.Напряжения и деформации. Механизмы пластической деформации .Деформационное упрочнение (наклёп).Методы поверхностного наклёпа.

Внешняя нагрузка в твёрдом теле вызывает напряжение и деформации.

Если сила Р приложенная к некоторой площадке F не перпендикулярна ей, то в теле возникают нормальные и касательные напряжения.(Па)

Напряжения вызывают деформацией.

Деформация это-изменение размеров и формы тела под действием внешних сил.

Деформация исчезающая после разгрузки называется упругой ,а остающаяся пластической или остаточной деформацией .

Пластичностью- называется тело способное к пластической деформации.

Механизмы пластической деформации.

Существуют два механизма пластической деформации:скольжением и двойникованием.

Скольжение- при скольжении одна часть кристалла смещается параллельно другой части вдоль плоскости скольжения .

Скольжение-это основной вид сдвига в металлах и сплавах.

В реальных кристаллах пластическая деформация осуществляется путём последовательного перемещения дислокации.

Деформационное упрочнение (наклёп)-упрочнение металла в процессе пластической деформации .

Практическое применение наклёпа – дробиструйная обработка, обкатка твёрдосплавными шариками и роликами. Чеканка.

13.Возврат и рекристаллизация

При нагревании деформируемого металла до температуры ниже <0,3 Тпл начинается (К) процесс возврата.

Возврат-это изменение дислакационной структуры деформированного металла при некотором снижении прочности, но повышении пластичности и вязкости.

Возврат имеет две стадии :

1.Отдых-снятие напряжения кристаллической решётки в процессе нагрева деформируемого металла .(отдых<0.2)

2.Полигонизация-процесс заключающийся в том ,что беспорядочно расположенные внутри зерна дислокации собираются образуя стенку и создавая ячеистую структуру .

 

 

При нагреве выше определённой температуры начинается процесс рекристаллизации .

Тр=К*Тпл

Формула Бочвара.

К=0,4-технических металлов.

К=0,5-0,6-для сплавов.

Процесс рекристаллизации происходит в две стадии :

1.Первичная-кристаллизации обработки. Заключается в образовании новых зёрен вместо волокнистой структуры .(Строение металла и его свойства становятся прежними,как до кристаллизации.

2.Вторичная-В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Холодная и горячая деформация.

Холодной деформацией- называют такую которую проводят ниже температуры рекристаллизации, она сопровождается наклёпом.

Горячая деформация-это деформация которую проводят выше температуры рекристаллизации.

14.Механические испытания материалов. Испытание на растяжение. Определяемые характеристики. Твёрдость материалов и методы её определения .

Все механические испытания можно разделить на :статические, динамические и циклические.

При статических испытаниях вся нагрузка прикладывается медленно(плавно)

Испытание на твёрдость ,растяжение- обязательные испытания.

 

Предел прочности –максимальное напряжение предшествующее разрушению образца .

15.Динамические и циклические испытания материалов.

Динамические испытания- нагрузка прикладывается ускоренно, ударно.

Основной вид испытания это испытание на ударный изгиб.

Циклическое нагружение осуществляется к подвешенным неподвижным грузам .

Длительное воздействие на металл повторно –переменных (циклических)напряжений может вызвать образование трещин и разрушений .

Способность металла противостоять усталости называется выносливостью .

Определяют предел выносливости- максимальное напряжение цикла которое не вызывает образца при любом числе циклов ,или заданном числе циклов ,ограниченный предел выносливости .

16.Критически точки в сталях. Виды и назначение термической обработки.

Критические точки –температуры при которых происходит превращение.

Термическая обработка.

Термической обработкой называется –совокупность операций нагрева ,выдержки и охлаждения твёрдого металлического сплава с целью получения заданных свойств без изменения формы изделий и состава сплава .

Для сталей температура нагрева определяется диаграммой состояния Fe-C.Термическая обработка делится на следующие виды :отжиг ,нормализация ,закалка ,старение.

Отжиг- заключается в нагревании стали до определённой температуры ,выдержке и медленном охлаждении (обычно вместе с печью)Цель отжига:снятие внутренних напряжений ,снижение твёрдости ,улучшение обрабатываемости резанием и давлением .виды отжига 1 рода: диффузионный ,рекристаллизация-для снятия наклёпа. Отжиг может быть полным и не полным .

Нормализация- заключается в нагреве доэвтектоидной стали выше линии GS,а заэвтектоидной выше линии SE на 30-50 градусов ,выдержке и охлаждении на воздухе .Цель нормализации: изменение структуры,повышение прочности и твёрдости на 10-15%.или устранение цементитной сетки заэвтектоидных сталей .

Закалка- заключается в нагреве стали выше критической температуры ,выдержке и быстром охлаждении со скоростью выше критической .Цель закалки :повышение прочности ,твёрдости ,износостойкости.

Старение-изменение строения и свойства металлов и сплавов. Бывает естественное(длительной выдержки при нормальной температуре) и искусственное (при нагреве).приводит к увеличению прочности и твёрдости при уменьшении пластичности и ударной вязкости.

Отпуск- нагревании стали ниже линии PSK,выдержке и последующем охлаждении.

17.Закаливаемость и прокаливаемость стали .Факторы влияющие на прокаливаемость. Способы закалки .

Закаливаемость стали. Под закаливаемостью понимают способность стали приобретать высокую твердость после закалки. Такая способность зависит главным образом от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем выше твердость. Объясняется это тем, что с повышением содержания углерода увеличивается число атомов, насильственно удерживаемых при закалке в атомной решетке железа. Иными словами, увеличивается степень пересыщения твердого раствора углерода в железе. В результате возрастают внутренние напряжения, что, в свою очередь, способствует увеличению числа дислокаций и возникновению блочной структуры.

Если в углеродистой стали содержание углерода будет меньше 0,3% (сталь 20, Ст3), то такая сталь уже не закалится. Для того чтобы понять это, следует вспомнить, что образование мартенситной структуры связано с перестройкой атомной решетки железа из гранецентрированной в объемно-центрированную. Температура, при которой происходит такая перестройка, зависит от содержания углерода. Роль углерода сводится к тому, что атомы его, находясь в решетке железа, как бы препятствуют перегруппировке атомов, которая необходима для перестройки решетки. Чем больше содержание углерода, тем ниже будет температура, при которой произойдет перестройка, т. е. образуется мартенситная структура. Зависимость температуры мартенситного превращения от содержания углерода в стали была показана на рис. 16. Как можно видеть, при содержании углерода 0,2% мартенситное превращение должно происходить при сравнительно высокой температуре — примерно 350—400°С. При такой температуре углерод еще сохраняет достаточно высокую подвижность и при перестройке решетки выходит из состояния твердого раствора, образуя химическое соединение — цементит. Пересыщение твердого раствора получается совсем незначительным, и потому структура закалки — мартенсит — не образуется.

Прокаливаемость стали.Под прокаливаемостью понимают глубину проникновения закаленной зоны, т. е. свойство стали закаливаться на определенную глубину от поверхности. Если, например, сверло диаметром 50 мм, изготовленное из инструментальной углеродистой стали, закалить в воде, а затем замерить твердость его в поперечном сечении, то окажется, что во внутренней зоне, расположенной вдоль оси сверла (сердцевине), твердость будет почти такой же, как до закалки, в то время как в наружной зоне, расположенной у поверхности, твердость резко повысится. Проверив затем микроструктуру, можно будет убедиться, что в сердцевине она будет перлитного типа, а у поверхности — мартенситного. Несквозная закалка объясняется неравномерным охлаждением детали при закалке: поверхность всегда охлаждается быстрее, чем сердцевина. Неравномерность охлаждения вызывается различными условиями теплоотвода у поверхности и в сердцевине. При погружении раскаленной детали в закалочную среду поверхность, соприкасаясь с холодной жидкостью, охлаждается с большой скоростью, в то время как отвод теплоты от сердцевины затруднен толщей горячего металла, и потому она охлаждается медленно. В результате скорость охлаждения поверхности оказывается выше критической, и поверхность закаливается, а скорость охлаждения сердцевины получается ниже критической, и последняя не закаливается. Очевидно, можно представить себе, что на некоторой глубине от поверхности Н скорость охлаждения будет равна критической. Тогда ясно, что слои металла, расположенные на большей глубине, не закалятся, а слои, расположенные на меньшей глубине, т. е. ближе к поверхности, закалятся.

· Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.

· Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).

· Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ.

· Ступенчатая закалка — закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.

· Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.

19.Методы поверхностного упрочнения стальных деталей. Поверхностная закалка.

Поверхностная закалка сталей.

Поверхностная закалка производится с целью повышения твёрдости и износостойкости поверхности при сохранении пластичной и вязкой сердцевины.