(технология конструкционных материалов)
Учебно-методический комплекс
Редактор М.Ю. Комарова
Оригинал-макет выполнил А.В. Сивенков
Лицензия ЛР № 202308 от 14.02.97г.
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953 Л.005641.11.03 от 21.11.2003 г.
_____________________________________________________________________________________
Подписано в печать ____.05.2008. Формат 60´841/16.
Б. кн. -журн. П.л. ______. Б.л. ______. Изд-во СЗТУ.
Тираж _______. Заказ _______
________________________________________________________________________
Северо-Западный государственный заочный технический университет
Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации
университетов России
191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5
[1]К сожалению в учебных планах рядя специальностей эти дисциплины изучаются параллельно или позже курса материаловедения. В таком случае материаловедческая подготовка будет полезна для освоения этих дисциплин.
[2] Все изложенное в этом разделе в общих чертах справедливо для любых металлических (металлов и сплавов) и неметаллических материалов.
[3] Из (1.1.2) видно, что прочностные характеристики измеряются в Н/м2 = Па или кгс/мм2 = 10МПа.
[4] От нем. Härte – твердость.
[5] Прямой метод изучения структуры – микроанализ - исследование микроструктуры материалов с помощью микроскопов; ему посвящен ряд лабораторных работ.
[6] В дальнейшем всюду, где требуется сокращение записи, цементит обозначен буквой Ц.
[7] Железо, существующее в интервале 1392…1539 оС, часто обозначают как δ–Fe (Feδ), хотя это та же модификация α.
[8] Всюду в данном пособии твердость по Бринеллю (НВ) дается в МПа.
[9] Такие структуры формируются в соответствии с диаграммой фазового равновесия Fe–Ц при очень медленном охлаждении из жидкого состояния. Быстрое охлаждение может привести к появлению иных структур (см. тему 2.2).
[10] В легированных сталях с большим количеством специальных примесей структура может принципиально измениться по сравнению с рассматриваемыми здесь углеродистыми сталями (см. тему 2.3).
[11] По сравнению с Ф, присутствующим в перлите.
[12] Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы в сплавах, содержащих > 2,14 %С, принято называть первичным (ЦI).
[13] Помимо рассмотренных есть еще три структуры белых чугунов (подробнее в 2.1.4).
[14] Именно поэтому в реальных изделиях из заэвтектоидных сталей сетку ЦII специальной термомеханической обработкой преобразуют в мелкие равномерно распределенные кристаллики "зернистого цементита".
1 К конструкционным относят так же стали с высоким содержанием углерода (0,6…0,85 %С). Эти стали (марки 60, 65, 70, 75, 80, 85) применяют главным образом в качестве рессорно-пружинных, а также для деталей с повышенными требованиями по прочности, упругости и износостойкости (шпиндели, эксцентрики, диски сцепления, прокатные валки и др.)
1 Перлитное превращение (формула 2.1) называется эвтектоидным, что означает "похожее на эвтектическое"; разница в том, что исходной фазой эвтектоидного превращения является не жидкая, а какая-то (третья) твердая фаза (в данном случае аустенит).
[15] Отсюда их название – более темный по сравнению с белыми чугунами оттенок излома.
[16] Наилучшим образом такое состояние достигается путем отжига (см. ниже раздел 2.2); практически же часто имеется в виду исходное «сырое» состояние поставки стали.
[17] Стали, в которые специально вводятся примеси – легирующие элементы (см. ниже, раздел 2.3); очевидно, они еще дороже качественных углеродистых, поэтому экономически нецелесообразно использовать изделия из этих сталей в неупрочненном состоянии.
[18] Обычно перед закалкой делается отжиг для улучшения структуры заготовок и облегчения механической обработки. Отжиг – нагрев стали до аустенитного состояния и последующее медленное охлаждение с печью, в результате чего формируется равновесная структура в стали в соответствии с диаграммой Fe–Ц.
[19] Поскольку в до – и заэвтектоидных сталях помимо перлитного превращения (2.2.1) происходят изменения в структуре на линияхА3 и Асm диаграммы Fe–Ц, то и «С – диаграммы» этих сталей выглядят сложнее. Однако главные процессы, происходящие при закалке сталей, могут быть поняты с помощью наиболее простой диаграммы, приведенной на рис. 2.2.2.
[20] Названия последних структур – по фамилиям исследователей: Sorby и Troost.
[21] Это осуществляется использованием закалочных сред с различными охлаждающими способностями.
[22] В общем случае под закалкой понимают сохранение высокотемпературного состояния с помощью быстрого охлаждения сплава.
[23] Такой низкий предел растворимости С в α–Fe обусловлен отсутствием в ОЦК решетке феррита необходимых по размеру межатомных пустот для размещения атомов углерода.
[24] В легированных сталях это – вторичные карбиды легирующих элементов.
[25] В ряде случаев для устранения остаточного аустенита используют специальный высокотемпературный отпуск (например, в быстрорежущих сталях).
[26] Желательно также выполнение лабораторных работ 7 и 8.
[27] Возможна также определенная ориентация деформированных зерен - текстура. Все это приводит к анизотропии свойств поликристаллического материала.
[28] Температура плавления (tпл) и соответственно tр в формуле (3.1) выражается в абсолютной шкале, т.е. в К.
[29] Железо, существующее при t>1392 оС, часто обозначают как Fed (d-Fe), хотя это та же модификация a (т.е. Fea ).
[30] Высокотемпературный (t>1392 °С) феррит на рис. 4.1 обозначен как Фd (см. примечание1 на стр. 134).
[31] Здесь и ниже твердость по Бринеллю (НВ) дается в МПа.
[32] Согласно диаграмме состояния Fe-Fe3C перлит содержит 0,8 % С. Это позволяет определять содержание углерода в стали при микроскопическом изучении ее структуры по методике, подобной той, которая использовалась в работе 2 для определения химического состава сплавов, содержащих эвтектику. Например, процентное содержание углерода в доэвтектоидных сталях равно 0,01´(0,8´S), где S - относительная площадь (в %), занимаемая перлитом в структуре (на микрошлифе) изучаемой стали.
[33] Все достаточно ответственные стальные изделия подвергаются закалке и отпуску - термической обработке, формирующей оптимальный комплекс механических свойств (работа 6). Однако и после термической обработки сохраняется принципиальный характер зависимости свойств от содержания углерода - увеличение содержания углерода приводит к возрастанию прочности (твердости) и хрупкости стали.
[34] В этой группе сталей есть также стали с высоким содержанием углерода (0,6...0,85 % С) - 60, 65, 70, 75, 80, 85. Эти стали применяют в основном в качестве рессорно-пружинных, а также для изготовления ответственных деталей с повышенной прочностью и износостойкостью (шпиндели станков, прокатные валки и др.).
[35]Представление о механических свойствах белых чугунов можно получить, экстраполируя зависимости, приведенные на рис. 4.2, на большие содержания углерода.
[36] По оси абсцисс откладывается толщина стенок отливки L . Очевидно, что возрастание L соответствует уменьшению скорости охлаждения Vохл.
[37] Обычно серые чугуны содержат 3,5...3,6 %С и 1,5...3,0 %Si.
[38] В сталях, охлажденных при закалке до комнатной температуры, в структуре остается некоторое количество непревращенного (остаточного) аустенита. Количество остаточного аустенита возрастает с увеличением содержания углерода (и легирующих элементов) в стали.
[39] Повышение температуры нагрева стали под закалку приводит к резкому возрастанию зерна аустенита. При закалке (мартенситном превращении) кристаллы мартенсита наследуют размер зерна аустенита, образовавшегося при нагреве.
[40] Специальным легированием получают также стали ферритного и ледебуритного классов.
[41] Данный принцип классификации сталей по назначению (подробнее см стр. 134) отражает лишь основную тенденцию. Реально к конструкционным относятся также рессорно-пружинные (0,5...0,7 %С) и шарикоподшипниковые (~1 %С) стали, а, например, инструментальные штамповые стали для ударного деформирования металла содержат 0,3...0,6 % С.
[42] Важным следствием уменьшения величины Vкр при легировании является то, что закалку на мартенсит можно производить не в воде, а в масле и даже на воздухе, т.е. с меньшими скоростями. Такое охлаждение существенно снижает внутренние напряжения в закаленных изделиях и соответственно - опасность возникновения трещин и коробления.
[43] Практическую часть работы по определению прокаливаемости стали одна группа студентов выполняет на образце углеродистой стали (например, 40), вторая - на образце легированной стали с тем же содержанием углерода (например, 40Х).
[44] Кроме того, применяются сверхтвердые минералокерамические материалы, например, нитрид бора с теплостойкостью до 1200 °С.
[45] В связи с дефицитностью W разработаны также быстрорежущие стали с малым его содержанием (Р3М3Ф3) и даже безвольфрамовые (Р0М5Ф1, Р0М3Ф2).
[46]В литом состоянии a‑латуни имеют дендритную структуру - светлые дендриты, обогащенные медью, на темном фоне междендритных областей. После деформации и отжига a‑латуни имеют зернистую структуру химически однородного a‑раствора. Структура двухфазных (a+b)-латуней состоит из светлых зерен a‑раствора и темных зерен b‑фазы.
[47] Буквы после обозначения “Бр” указывают легирующие элементы, а цифры - их процентное содержание.
[48] При закалке наиболее легированных шарикоподшипниковых сталей возможно сохранение в структуре до 10...15 % остаточного аустенита (см. работу 7). Для его уничтожения применяют обработку холодом - охлаждение закаленной стали ниже температуры окончания мартенситного превращения (Мк): -70...-80 °С.
[49] Для отверждения некоторых видов смол присутствие отвердителя не обязательно, достаточно лишь нагревания.