МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В СХЕМАХ-КОНСПЕКТАХ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В СХЕМАХ-КОНСПЕКТАХ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

МОСКВА 1999 УДК 620.22 М 34 Материаловедение в схемах-конспектах:Учебное пособие/По д ред. И.Ю. Ульяниной.-М.: МГИУ, 1999. – 103 с.

ВВЕДЕНИЕ

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ 6

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА 12

ФАЗЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ 16

ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ (ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ) 20

ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ 26

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ 1

ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА 37

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД 40 (МЕТАСТАБИЛЬНАЯ ДИАГРАММА) 40

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СПЛАВАХ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД 49

 

СТАБИЛЬНАЯ ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ГРАФИТ) 54

ЧУГУНЫ 55

ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СПЛАВАХ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ) 59

 

1. ПРЕВРАЩЕНИЕ ФЕРРИТО-ЦЕМЕНТИТНОЙ (ПЕРЛИТА) СТРУКТУРЫ В АУСТЕНИТ ПРИ НАГРЕВЕ (АУСТЕНИЗАЦИЯ). 59

2. ПРЕВРАЩЕНИЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА (ДИАГРАММА ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО РАСПАДА ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА) 61 ПЕРЛИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ 63 МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ 64 ПРОМЕЖУТОЧНОЕ (БЕЙНИТНОЕ) ПРЕВРАЩЕНИЕ 66 ПРЕВРАЩЕНИЕ ПРИ ОТ ПУСКЕ 69

 

ПРЕВРАЩЕНИЕ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ОХЛАЖДЕНИИ 1

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 75

СОБСТВЕННО ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ТО) 76

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ТМО) 88

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ХТО) 93

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 103

ВВЕДЕНИЕ

Для инженеров-машиностроителей большое значение имеет технологиче­ская подготовка, т.е. умение решать инженерные задачи в комплексе, включая вопросы выбора материала и технологии их обработки для конкретных изде­лий. Курс "Материаловедение" наряду с курсом "ТПМП" (Технологические процессы машиностроительного производства) является базовым для техноло­гической подготовки студента.

Данное учебное пособие составлено в виде логических схем (конспектов), которые не тол ьк о ориентируют студента в структуре изучаемого материала, но и дают наглядное представление о его содержании. Контрольные вопросы и за­дачи, приведенные в конце каждой тем ы, позволяют студенту проводить само­стоятельный контроль усвоения материала.

ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ

Материаловедение – наука о металлах, сплавах и неметал­лических материалах

Материаловедение изучает

~ZL

- строение (структура) и свойст­ва материалов, связь между со­ставом, строением, свойствами.

A

состав

свойств а

строение

- закономерности изменения струк­
туры материалов под воздействием
внешних факторов;

- тепловое (термообработка);

- механическое (деформация);

- электромеханическое;

- химическое;

- радиационное;

- химико-термическое;

- термомеханическое.

Методы исследования материалов

I

 

Металлографические методы – применяются для изучения особенно­стей структуры метал­лов и сплавов: микроанализ – изучение объектов структуры под микроскопом при уве­личении до 1000 раз; макроанализ – изучение структуры невооружен­ным глазом.

Фрактография – изуче­ние изломов.

Методы структур­ного анализа при­меняются для ис­следования атомно-кристаллического строения и его де­фектов:

- рентгенострук-
турный анализ;

- электронно-графи­
ческий анализ.

Определение меха­нических свойств:

- испытания на рас­тяжение;

- определение удар­ной вязкости;

- испытания на вы­нос ливос ть;

- испытания на пол­зучесть и длитель­ную прочность.

Специальные виды ис пытаний:

- физические методы исследования;

- испытания на коррозионную стойкость;

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛО В

Металлы и металлические сплавы Кристаллы с металлическим типом связи, наличие элек- тронного газа.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛО В И СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКО -

ГО СЛИТКА

КР ИСТ АЛ Л ИЗАЦИЯ I Энергетическое условие – система приходит к термодинамически бо­лее устойчивому со­стоянию с меньшей энергией Гиббса…

МОД ЕЛЬ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Характеристики процесса кристаллизации ч.з. (n) – число центров крис таллизации; с.р. (с) – линейная скорость роста.                  …   ^   *J   /     …

ФАЗЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ

СПЛАВЫ о тс у тс тв ие взаимодей­ствия компонентов, фа­зы так ой системы чис­тые… взаимодействие компонентов – фаза – новая однородная часть системы, имеющая свой тип кристаллической решетки, состав,…

ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ

Диаграммы фазового равновесия (диаграммы состояния) - это графиче­ское изображение фазового состава сплава в условиях равновесия в зависимо­сти от… ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ                   …

ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛО В

ВИД Ы НАПР ЯЖ ЕНИЙ Нормальные и каса тельн ые

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Механические испытания Статические испытания - на рас­тяжения, сжатие, твердость, изгиб, кручение при… риала.

ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА

Наг рев на Т0 < 0,1 – 0,2 Тпл – возврат. Это уменьшение дефек-то в строения без заметного изменения структуры и свойств. Пе р в ая стадия возврата (отдых) – все изменения на уровне то нк о й… Проходит уменьшение вакансий и плотности дислокаций, анни­гиляция дислокаций. Несколько увеличивается пл а с тич но с…

Д ИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (МЕТАСТАБИЛЬНАЯ Д ИАГРАММА)

I   Железо - переходный металл серого цвета, находится в VIII группе периодической системы, атомный номер 26, атомная…

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СПЛАВАХ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД

рующих элементов к углероду они подразделяются на: карбидообразующие – Fe, Cr, Mn, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr, Ta – переходные металлы с недо­строенной d… некарбидообразующие – Cu, Ni, Co, Si, Al и др. По влиянию на диаграмму же­лезо-углерод легирующие эле­менты подразделяются:

СТАБИЛЬНАЯ Д ИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ГРАФИТ)

Образование графита в сплавах Fe-C носит название графитизации. Чугуны, кристаллизующиеся по стабильной диаграмме Fe-C, носят назва­ние серых…

ЧУГУНЫ

Сплавы железа с углеродом при содержании углерода > 2,14% называют­ся чугунами.

ЧУГУНЫ

Белые чугуны - весь углерод находится в связанном состоянии в виде Fe₃C Цементит придает излому специфический светлый блеск. Структура см. стр. 45

Серый чугун – углерод в виде графита, получается либо по диаграмме Fe-C стабильной, либо с добавлением элемента графитизатора Si. По сущест­ву, эта система Fe-C-Si, содержащая в качестве постоянных примесей Мn, P, S.

Структура серого чугуна в отливках зависит, в первую очередь, от химиче­ского состава ( %С+%Si) и скорости охлаждения. Из м еняя эти параметры, можно получить разную структуру металлической основы.

СТРУКТУРНЫЕ ДИАГРАММЫ СЕРЫХ ЧУГУНОВ

8 W г$№Ь§ № № 18 $3Qtf№№%8 %№щв№ стемна мп

В зависимости от состава чугуна, суммы (%С + %Si), скорости охлажде­ния (толщины отливки) различают: I. Белые чугуны - П + Л; П. Половинчатые (>0,8 %С связано в виде Fe₃C) - П + Л + Г;

III. Первичный серый чугун - П + Г (~ 0,8 % С связано в виде Fe₃C);

IV. Ферритно-перлитный серый чугун - Ф + П + Г (0,7-0,1 %С - Fe₃C);

V. Ферритный серый чугун - Ф + Г (Fe₃C нет).

ЧУГУНЫ

I

По форме выделения графита чугуны подразделяются на :

В ысокопрочный шаровидная форма выделений графита. Для получения ша­ровидной формы чу­гун модифицируют магнием (0,03-0,07 %).

Имеют высокую

прочность за счет шаровидного графи­та (подобна прочно­сти литой углероди­стой стали).

Ковкий чугун – имеет хлопьевидную фор­му графита. По л у -чают отжигом белого чугуна, при отжиге цементит распадает­ся на железо и гра­фит, который выде­ляется в структуре.

По сравнению с се­
рым техническим
чугуном имеет

большую пластич-нос ть.

В зависимости от структуры металлической основы серые, вы­сокопрочные и ковкие чугуны могут быть перлитными (струк­тура (П + Г)), ферритно-перлитными (Ф + П + Г) и ферритны-ми (Ф + Г).

КЛ АССИФИКАЦИЯ ЧУГУНА ПО СТРУКТУРЕ

МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ И ФОРМЕ

ГРАФИТ НЫХ ВКЛ ЮЧЕНИЙ (СХЕМА)

СЕРЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ

Структура основы

Перлитный (перлит)

Феррито-перлитный (Ф +П)

Ферритный (Ф)

МАРКА И ПРИМЕНЕНИЕ ЧУГУНОВ

 

 

ТИП ЧУГУНА	МАРКИ	СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Ферритные и феррито-перлитные серые техни­ческие	СЧ10, СЧ15, СЧ18	σв.изб. = 280-320 Мпа. Толщина стенки отлив­ки до 10 – 100 мм. Строительные колонны, фундаментные плиты, литые малонагружен-ные детали в авто- и сельхозстроении, порш­ни, цилиндры и т.д.
Перлитные серые тех -нические	СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧЗО, СЧ35
Перлитные высоко­прочные	ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ85, ВЧ100, ВЧ120	Детали станков, детали кузнечно-прессового оборудования, коленча­тые валы, крышки ци­линдров и т.д.
Феррито-перлитные вы­сокопрочные	ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45	В тяж е л о м машино­строении – шабат моло­ты, траверс пресса, про­катные валки и т.д.
Перлитные ковкие	КЧ50-5, КЧ55-4	Ви л к и карданного вала,
Ферритный ковкий	КЧ37-12, КЧ35-10,	звенья и ролики цепей
	КЧЗО-6, КЧЗЗ-8	конвейера, втулки, муф­ты, тормозные колодки и т.д.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ

1. В чем заключается основное отличие структуры белых и серых чугунов, при­чины этого отличия?

2. Какие формы графита существуют в чугунах, как форма графита влияет на механические свойства?

3. Какой может быть структура металлической основы серых чугунов и от чего это зависит?

4. Как получить высокопрочный чугун?

5. Как получить ковкий чугун?

Задача № 1

Отливка толщиной 50 мм отливалась из серого чугуна с 3,2 %С. В качест­ве графитизатора был добавлен кремний в количестве 1,5 %. Какую структуру будет иметь отливка?

Задача № 2

Для отливки толщиной стенки 60 мм необходимо иметь структуру серого технического чугуна на перлитной основе. Был рекомендован чугун с содержа­нием углерода и кремния (в сумме) 3,5 %. Во з м о ж н о ли получение заданной структуры в этом чугуне. Ответ обосновать.

Задача № 3

Отливка чугуна с 3,5 %С и 1,5 %Si имела структуру графита на перлит­ной основе. Сколько углерода находится в графитной фазе и сколько прихо­дится на металлическую основу? Ответ обосновать.

Задача № 4

Для отливки серого чугуна необходимо иметь сочетание тв е р д о с ти в пре­делах 250-260 НВ при сохранении достаточной плас тич но с ти. Какой чугун надо применить в данном случае, как получить его?

Задача № 5

Какую структуру будет иметь чугун системы Fe-C-Si-Mg при содержании углерода 3,2 % и кремния 2 %? Где применяется это чугун?

ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СПЛАВАХ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ТЕО РИЯ ТЕРМИЧЕСКО Й ОБРАБОТКИ)

Образование аустенита при нагреве (аустенизация) является диффу­зионным процессом и подчиняется законам кристаллизации. Эвтектоидная сталь - нагрев выше критической точки АС1 (727°С).

ТЕХНО ЛО Г ИЯ ТЕРМИЧЕСКО Й ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Любую термическую обработку можно выразить в виде графика в коорди­натах…

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Ю.М. Лахтин. Материаловедение и термическая обработка металлов. М.:
Металлургия, 1990.

2. Мозберг Р.К., Материаловедение. Таллин: Ва л г у с , 1991.

3. Научные основы материаловедения./Б.Н. Ар з ам ас о в , А.И. Крашенников и др./ М.: Из д а те л ьс тв о МГТУ им. Баумана, 1994.

4. Е.К. Белова. Материаловедение в логических конс пектах. Киев: УМК ВО , 1990.