Три уровня строения материала; фазовые переходы 1 и 2 рода.

Стр 1 из 6Следующая ⇒

Три уровня строения материала; фазовые переходы 1 и 2 рода.

Атомно-кристаллическое строение металлов. Виды кристаллических решеток.

Процесс кристаллизации. Дефекты в кристаллах

Основные характеристики прочности, определяемые при статическом нагружении.

Динамическая прочность, явление запаздывания текучести, ударная вязкость материалов.

Усталость материалов, характеристики.

Длительная прочность, явление ползучести материалов, характеристики

Твердость материалов. Методы измерения твердости

Износостойкость, прирабатываемость материалов, их характеристики.

Сопротивление материалов коррозии, виды коррозии, характеристики, методы защиты

Температурные характеристики материалов.

Электрические и магнитные свойства материалов

Классификация конструкционных сталей

Углеродистые конструкционные стали

Легированные цементируемые стали

Легированные улучшаемые стали

Высокопрочные стали и сплавы

Пружинные стали

Износостойкие и коррозионно-стойкие стали

Жаростойкие и жаропрочные стали

Инструментальные стали

Серый и белый чугун. Хим. состав, структура, маркировка и область применения

Высокопр. чугун. Хим. состав, стр-ра, маркировка и область применения

Ковкий чугун. Хим. состав, стр-ра, маркировка и область применения

Легированные чугуны

Деформируемые алюминиевые сплавы

Литейные и подшипниковые алюминиевые сплавы

Латуни

Бронзы

Mg и его сплавы

Титан и его сплавы

Антифрикционные сплавы

Свойства железа и фаз в сплаве железо-углерод

Зависимость свойств сталей от содержания в ней углерода и постоянных примесей

Зависимость свойств чугуна от содержания в ней углерода и постоянных примесей

Влияние легирования на свойства сталей и чугунов

Упругая и пластическая деформации

Рекристаллизация

Отжиг 1-го рода

Отжиг 2-го рода

Закалка

Способы закалки

Закаливаемость и прокаливаемость

Поверхностная закалка. Характеристики, способы, область применения

Отпуск стали

Термомеханическая обработка (ТМО) стали

Химико-термическая обработка (ХТО) стали

Цементация

Азотирование

Насыщение металлов металлами (диффузионная металлизация)

Порошковые материалы

Композиционные материалы

Композиционные материалы с алюминиевой и никелевой матрицей

Эластомеры и резины. Процесс вулканизации

Пластмассы

Три уровня строения материала; фазовые переходы 1 и 2 рода.

В материаловедении принято рассматривать 3 уровня строения материалов: атом> молекула> фаза.

АТОМ– наименьшая частица хим. эл-та, обладающая его св-вами. Энергия атома может принимать лишь определённые или дискретные значения, которые называются уровнями энергии. Уровень соответствующей миним. энергии атома называют основным, остальные-возбуждённые. Совокупность уровней энергии образуют энергетический спектр атома. Большинство физических и химических св-в атома обусловлена структурой его внешних электронных связей или оболочек, в которых электроны связаны сравнительно слабо.

МОЛЕКУЛА– наименьшая частица в-ва обладающая хим. св-вами и состоящая из атомов соединённых хим. связями. Она нейтральна по заряду и как правило не имеет не спаренных или свободных электронов. Молекулярный слой возникает в результате присоединения к молекуле или отщепления от неё электронов. В состав молекул входит от двух до нескольких тысяч атомов (например, молекулы полимеров так называемые макромолекулы). Структура молекулы каждого в-ва не зависит от способа его получения. Состав молекулы характеризует брутто-формула (Н₂О, СН₄), которую устанавливают хим. анализом.

ФАЗА– это термодинамическое равновесное состояние в-ва, отличающееся по св-вам от других возможных равновесных состояний того же в-ва. Всякий однофазный материал характеризуется отсутствием внутренних поверхностей раздела, т.е. является гомогенным. Гетерогенный материал содержит 2 фазы.Фазовый переход– переход из одной фазы в другую при изменении внешних условий. При этом значение температуры давления, напряжённости электрических и магнитных полей или другой физической величины, при которой происходит фазовый переход, называется точкой перехода.

Различают фазовые переходы 1-го и 2-го рода.

1-го рода – сопровождаются скачкообразным изменением термодинамических характеристик в-ва, при непрерывном изменении его внешних параметров. При этом в в-ве выделяется или поглощается определённое кол-во теплоты, называемой теплотой фазового перехода(например: испарения и конденсация, плавления и затвердевания).

2-ого рода – термодинамические функции в-ва не изменятся (непрерывны), а скачок испытывают производные этих функций по давлению и температуре. Теплота такого перехода равна 0.Например: переход материала из немагнитного состояния в магнитное, сопровождаемое появлением макроскопического магнитного момента.

Атомно-кристаллическое строение металлов. Виды кристаллических решеток.

Все тела в окруж. нас пространстве в твёрдом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение. Кристаллы– это твёрдые тела с трёхмерной периодичн. атомной структурой, имеющие при равновесных условиях образования–естественную форму правильных симметричных многогранников. Представление о строении металлов даёт элементарная ячейка, т.е. часть атомной структуры кристалла, путём трансляции которой (т.е. переноса в пространстве параллельно самой себе) можно построить всю кристалл. решётку. Рёбра элемент. Ячеек обозначают а, в, с и называют периодами кристалл. решётки или векторами трансляции. Для в-в находящихся в жидком и твёрдом состоянии характерно согласованность в расположении соседних частиц, так называемый ближний порядок, который проявляется на расстоянии сравнимый с межатомным. Кристалл. в-ва имеют дальний порядок, т.е. строгую повторяемость во всех направлениях одного и того же структурного элемента на протяжении сотен и тысяч периодов кристалл. решётки. Для металлов характерно кристаллическое строение. В кристаллических телах атомы расположены в строго определённом порядке с определённой геометрической зависимостью. Если атомы металла мысленно соединить прямыми линиями, то получим правильную геометрическую систему– пространственную кристалл. решётку. Крист. решётка– это регулярное расположение кристаллов частиц(атомов, ионов, молекул), характеризующаяся периодической повторяемостью в 3-ёх измерениях. Атомы металлов образуют крист. решётки за счёт особых металлических связей. Наиболее распространены 3 типа кристалл. решёток: 1) Объёмоцентрированная кубическая (Cr, Fe_α, V, Ti_β, Na, Mo, W); 2) Гранецентрированная кубическая (Ni, Cu, Al, Ag, Fe_γ); 3) Гексагональная плотноупакованная (Mg, Zn, Be, Cd, Ti_α).

Для некоторых металлов возможно св-во менять кристаллическую решётку с изменением t^o.

Свойства кристаллов

1) Симметрия кристаллов – это когда кристалл может быть совмещён с самим собой путём поворотов, отражений, параллельных переносов и других преобразований симметрии. 2) Некоторые кристаллич. фазы являются метастабильными (т.е. относительно устойчивые). Отсюда свойство: полиморфизм – это св-во некоторых в-в существовать в нескольких кристаллич. модификациях с разной структурой, и наоборот разные св-ва могут иметь полное подобие атомного строения и внешние формы кристаллов; 3) изоморфизм – это св-во различных, но родственных по хим. составу в-в кристаллизоваться в одинаковых структурах при одном типе хим. связи.

Fe_α – ниже 911^oC}ОЦК

выше 1392^oC}ОЦК

Fe_γ – 911^oC-1392^oC}ГЦК

Рассматривая модель кристалл. решётки, видно, что плотность атомов в различных плоскостях не одинакова, поэтому св-ва отдельно взятого кристалла (физические, химические, механические) будут отличаться в различных направлениях. Такое различие называют анизотропией. Все кристаллы анизотропны. Аморфные тела изотропны. Степень анизотропии может быть значительной, например, при исследовании монокристаллов меди временное сопротивление изменяется σ b=120…360 МПа, σ =10…56%.

Технические металлы являются поликристаллическими в-вами, состоящими из множества мелких различноориентированных кристаллов, поэтому их св-ва во всех направлениях усредняются, т.е. металлы и сплавы изотропны по св-вам.

Пружинные стали

Поскольку возникновение пластической деформации в пружинах не допускается, то от материала подобных изделий не требуется высокой ударной вязкости и высокой пластичности. Главное требование состоит в том, чтобы сталь имела высокий предел упругости (текучести). Это достигается закалкой с последующим отпуском при температуре в районе 300—400° С. При такой температуре отпуска предел упругости (текучести) получает наиболее высокое значение.

Пружины, рессоры и подобные им детали изготавливают из конструкционных сталей с повышенным содержанием углерода (но, как правило, все же более низким, чем у инструментальных сталей) — приблизительно в пределах 0, 5-0, 7 %С, часто с добавками марганца и кремния (для пружин малого сечения применяют углеродистые стали 65, 70, 75, 85. Сталь 85 - s_0.2=1100МПа, s_в=1150МПа, d=8%, y=30%).

Для особо ответственных пружин применяют сталь 50ХФ, содержащую хром и ванадий и обладающую наиболее высокими упругими свойствами.

Термическая обработка пружин и рессор из легированных сталей заключается в закалке от 800—850° С (в зависимости от марки стали) в масле или в воде с последующим отпуском в районе 400—500° С. Иногда такой термической обработке подвергают детали конструкций большой длины и с тонкими стенками, которые должны обладать высокими пружинящими свойствами. В этом случае применяют сталь ЗОХГС.

Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали.

Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие высокую прокаливаемость, хорошую прочность и релаксационную стойкость применяют для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Сталь 65С2ВА - s_0.2=1700МПа, s_в=1900МПа, d=5%, y=20%. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем 60С2Н2А (поверхностные дефекты резко снижают долговечность изделий, поэтому срок службы увеличивается упрочнением или наклепом).

Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по техническим свойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь 50ХФА, не склонная к перегреву и обезуглероживанию.

Инструментальные стали

Инструментальными наз-ся углеродистые и легированные стали обладающие высокой твердостью 60…65HRC, прочностью, износостойкостью, теплостойкость и прим. для изготовления различных инструментов: режущие, измерительные. Обычно это эвтектоидные или легированные стали, структура кот. после закалки и низкого отпуска представляет собой Ме и избыточные карбиды. Для инструментов, требующих повышенной вязкости, применяют доэвтектоидные стали, кот. после закалки подвергаются отпуску при более высоких тем-рах с получением стр-ры троостита или сорбита. Одна из главных хар-к - теплостойкость, т.е. сохранять высокую твёрдость при нагревании или сохранять устойчивость против отпуска при нагреве в процессе работы. Делятся на 3 группы: 1) углеродистые и легированные стали, содержащие небольшое кол-во легированных элементов и не обладающих теплостойкостью до 200⁰ (У7…У13, 9ХС); 2) легированные стали, содержащие 0, 6-0, 7% С, 4-18% Cr, среднетеплостойкие - работают до 400-500⁰ (Х12, Х12М, 5ХНМ); 3) теплостойкие стали до 550-650⁰. Это высоколегированные стали, содержащие Cr, V, W, Mn, Co.

Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали У8, У10, У11, У12, У13 вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость, и поэтому эти стали применяют для инструментов небольших размеров.

Стали У10, У11, У12, У13 применяют для реж. инстр-та (фрезы, зенкеры, сверла, шабера, напильники и т. д.). Для деревообрабатывающего инструмента применяют стали У7 и У8.

Стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания с малой скоростью, так как их высокая твердость (У10-У12 - 62-63HRC) сильно снижается при нагреве выше 190-200°С.

Легированные стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью (11ХФ, 13Х, ХВСГ, 9ХС, Х, В2Ф) пригодны для резания материалов невысокой прочности (s_в=500¸ 600МПа) с небольшой скоростью (до 5-8м/мин). Их используют для инстр-та, не подвергаемого в работе нагреву свыше 200-250°С. Легированные стали по сравнению с углеродистыми обладают большей прокаливаемостью.

Сталь Х - 0.95-1% С, 0.15-0.4% Mn, 0.15-0.35% Si, 1.3-1.65% Cr, 64-65HRC.

Быстрорежущие стали (Р6М5, Р12Ф3, Р8М3К6С, Р9, Р8М3, Р8М5) в отличие от других инструментальных сталей обладают высокой теплостойкостью и соответственно высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью.

Основным легирующими элементами этих сталей являются вольфрам, молибден, кобальт и ванадий.

Сталь Р18 - 0.7-0.8% С, 3.8-4.4% Cr, 17.5-19% W, 1-1.4% V, 0.5-1% Mo.

Легированные чугуны

Элементы, специально вводимые в сплав с целью изменения его строения и свойств, называют легирующими, а сплав легированным. Легированные чугуны обладают хорошими литейными свойствами. Влияние легирующих элементов на свойство чугунов проявляются в основном в их графитизации, кот. определяют стр-ру и св-во чугуна. Легируются следующими элементами: 1) Кремний – в чугуне присутствует 0, 3%-5% и усиливает графитизацию чугуна; 2) Марганец – 0, 5%- 0, 8% повышает мех. св-ва и препятствует графитизации; 3) Фосфор – обычно не более 0, 3% находится в чугуне в ратстворенном состоянии, повышает: жидкотекучесть, износостойкость и хрупкость; 4) Сера – ухудшает св-ва чугунов, содержание определено 0, 12%, ВЧ – 0, 03%. Бывают: Хромистые чугуны –содержат 26% – 36% Cr. Ст-ра – твердый р-р хромистого феррита и эвтектические карбиды. Такие чугуны имеют высокую твердость (НВ 325-400), хорошо сопротивляются износу, но плохо обрабатываются резанием. Окалиностойкость сохраняется до 1000–1100 град. Хим. состав Х28: 0, 5-1, 0% С; 0, 5-0, 8% Si; 0, 5-0, 8% Mn; 26-30% Cr. Изготавливают детали и аппаратуру для азотной промышленности, фильеры и т. д. Используют и как жаростойкие материалы – для изгот. печного оборудования, гребков и лопастей в печах, предназначенных для обжига. Кремнистые чугуны – кремний расширяет область существования феррита и сплавы, содержащие до 14, 5% Si, имеют стр-ру однородного твердого р-ра. Содержание углерода в кремнистых чугунах всего лишь 0, 3-0, 8%, при большом содержании возможно выделение углерода в виде графита. Чугуны выплавляют с содержанием кремния до 18%, так как при более высоком его содержании эти сплавы становятся хрупкими и их невозможно использовать. Изделия изготавливают только литьем, без последующей мех. обработки. Хим. состав: 0, 5-0, 8% С; 14, 5-18% Si; 0, 3-0, 8% Mn. Изготавливают центробежные насосы, распылители кислот, краны, котлы и т.д. Никелевые чугуны – содержат около 1% Ni. Эти чугуны стойки в расплавах солей и в концентрированных растворах щелочей. С увел-ем содержания Ni коррозионная стойкость увеличивается. Состав никелевых чугунов может быть и более сложным: никельмедистый 2-2, 8 С; 3-4 Cr; 5-8 Сu; 1, 5-1 Si и 12-5 Ni.

Латуни

Латунями называют медные сплавы, в которых основном легирующим элементом является цинк. В системе медь – цинк образуются шесть твердых растворов: α, β, γ, δ, ε, η. Практическое значение имеют сплавы, содержащие примерно до 42-43% Zn. При содержании цинка до 39% латуни однофазны (α -латуни), до 46% - двухфазны (α + β ’). Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; β ’ – фаза очень хрупкая и твердая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные. При содержание цинка до 30% возрастает одновременно и прочность, и пластичность. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45%, а затем уменьшается также резко, как и пластичность. Для повышения мех. св-в и хим. стойкости латуни в них часто вводят легирующие элементы: алюминий, никель, марганец, кремний и т.д. Олово, марганец, алюминий увеличивают прочность и коррозионную стойкость. Кремний увеличивает твердость и прочность, улучшает литейные свойства. Маркируются буквой Л и числом, указывающим среднее содержание меди. Например, Л80 – латунь, содержащая 80% Cu и 20% Zn. В марках латуней сложного состава имеются буквы, соответствующие введенным легирующим элементам. Например, в латуни ЛМцС58-2-2 содержится 58% Cu; 2% Mn и 2% Pb (остальное Zn). Отрицательным свойством латуней, содержащих более 20% Zn и особенно более 30% Zn, является их склонность к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере, содержащей следы аммиака. Никеливые латуни ЛН65-5 – высокие механические свойства, хорошо обрабатываются давлением. Оловянные ЛО90-1, ЛО70-1 – повышенная коррозионная стойкость в морской и пресной воде, хорошо обрабатываются, имеют высокие антифрикационые свойства. Свинцовые ЛС 63-3 – повышенные антифрикационые свойства и обрабатываемость резанием.

30. Бронзы - это сплавы меди, олова, железа, бериллия, алюминия и меди, название бронзам дают по названию основных легирующих элементов (оловянистые бронзы, железистые бронзы). Бронзы широко используются как антифрикционные сплава. Бронзы делятся на: оловянистые, алюминиевые, кремнистые, бериливые. Структура оловянистых бронз вследствие ликвидации не всегда соответствует равновесной диаграмме сплавов. Бронзы условно разделяют: 1) оловянные; 2) безоловянные (специальные). Оловянный – высоко стойкие, морозостойкие и немагнитные. Недостатки: склонность к образованию газовых пор в отливках, невысокая герметичность изделия. малая красностойкость. В зависимости от технологии изготовления: деформируемые и литейные. Деформируемые оловянистые бронзы содержат до 8% олова, применяются для пружин и деформируемых деталей, до 6% олова, обладают высокими антифрикациоными свойствами и достаточной прочностью. Обычно в алюминиевых бронзах содержится 9 – 11 % алюминия. Эти бронза обычно легированы не только алюминием, но и железом, никелем, марганцем.

Маркировка: - деформированная: БрОЦС5-5-5 (бронза; олово, цинк, свинец по 5%, остальное медь); - литая БрО5У5С5. БрАЖН10-4-4 (10% Al, 4% Fe, 4%Ni) и БрАЖН11-6-6 (11% Al, 6% Fe, 6%Ni) являются наиболее прочными из всех алюминиевых бронз.

Мех. св-ва бронзы:

- зависят от состава и концентрации легирующего элемента

- оловянистые бронзы σ _В = 150-450Мпа, твёрдость до 600Мпа, Δ l = от 3 до 70%

- алюмине-железистые бронзы: Бр АЖ 9-4 (алюминия 9%, железа 4%, остальное медь). НВ = 1800Мпа, если добавить никель, твёрдость ещё более повысится.

Области применения:

Из алюминиевых бронз изготавливают зубчатые колеса, сальники, детали турбин, электропроводные пружины. Они хорошо работают в условиях износа, повышенного давления и даже повышенных температурах.

- изготовление втулок, вкладыши, припой для пайки изделий.

Mg и его сплавы

Магний является самым легким конструкционным металлом – его плотность составляет 1, 7 г/см³, температура плавления 650 ⁰С. К существенным недостаткам относится их малая коррозионная стойкость. Положительным качеством является их отличная обрабатываемость режущим инструментом с получением чистой поверхности. Их широко применяют в тех случаях, когда масса изделия имеет большое значение. Детали из магниевых сплавов изготавливают обработкой давлением, а также литьем. Марки деформируемых магниевых сплавов обозначают буквами МА, литейные – МЛ и порядковым номером. Особенностью сплавов магния является малая скорость диффузии находящихся в нем легирующих элементов и их ликвация.

Mg сплавы делятся на деформируемые (МА 5) и литейные (МЛ 9)

Основное свойство Mg сплавов – их высокая ударная прочность после термической обработки. Прочность достигает 400 МПа, что и обеспечивает высокую ударную прочность. Поэтому Mg сплавы применяются в приборостроении. Недостаток: низкая коррозионная стойкость, склонность к газонасыщенности и воспламенению.

1) Mg-Al сплавы (МА5)Прочность растет с увеличением содержания Al. Но свыше 10% не добавляют, т.к. резко снижается пластичность

2) Сплавы с Zn относятся к высокопрочным. Термическая обработка затруднена, т.к. в связи с низкой температурой плавления процесс растворения интермиталидов идет медленно и требуется длительная выдержка.

Литейные сплавы: (МА5) Грубая крупнозернистая структура, которую можно измельчить, модифицированием мрамором или мелом.

Деформирмируемые сплавы: МА1 – 1, 3-2, 5% Mn применяют в изгот-ии сварных бензо- и маслопроводах, поковки. МА2 – 0, 15-0, 5 % Mn, 0, 2-0, 8% Zn, 3-4 % Al применяют: штампованные, кованые детали для работы до 200 градусов.

Литейные сплавы: Мл2 – 1-2% Mn применяют в изгот-ии слабонагруженных деталей несложной формы.

Титан и его сплавы

Плотность титана составляет 4, 5 г/см³. Темпераура плавления зависит от степени его чистоты, поэтому она колеблется от 1660 до 1680. Ионидный титан, в котором общая сумма примесей ≤ 0, 05-0, 1%, имеет σ _в = 30 и δ =50%. В техническом титане ВТ1 сумма примесей ≤ 0, 8% и σ _в =60, δ =20%. Титан является полиморфным металлом. При нагреве до 882 ⁰С α -титан, имеющий гексагональную кристаллическую решетку, переходит в β -титан с. о. ц. к. решеткой.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ: 1. Сочетание высокой прочности (σ _в=80-150кгс/мм²) с хорошей пластичностью (δ =12-25%). 2. Малую плотность. Как следствие этого, титановые сплавы имеют наиболее высокую удельную прочность по сравнению с другими металлами и сплавами. 3. Относительно хорошая жаропрочность. Их можно использовать до 600-700⁰ С. 4. Высокая коррозионная стойкость во многих агрессивных средах. В результате легирования титановых сплавов можно получить нужный комплекс свойств. Почти все элементы могут взаимодействовать с титаном, образуя при этом твердые растворы или интерметаллиды. Наиболее часто титан легируют алюминием. Алюминий увеличивает их прочность, жаростойкость и их термическую стабильность. Титановые сплавы широко используют в авиационной и химической промышленности, ракетостроении и в др-х областях, где требуется сочетание незначительной массы с высокой прочностью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью до 500-600гр. Одним из недостатков является их плохая обрабатываемость режущим инструментом. ВТ4 – 3%Al, 5%Mn, 4, 5-6%Al, 1.5%Mn – листы, прутки, трубы поковки.

Антифрикционные сплавы

Кроме подшипников качения, большое применение находят также подшипники скольжения, которые изготавливают в виде вкладышей или с помощью заливки поверхности вращающихся частей машин. Для их изготовления используют специальные антифрикционные (подшипниковые) сплавы, к которым предъявляют ряд требований, обусловленных характером работы.

Прежде всего, они должны обеспечивать низкий коэффициент трения между контактирующими поверхностями. Это обеспечивается структурой сплавов – в мягкой основе находятся твердые включения. Твердая составляющая обеспечивает малый коэффициент трения, а мягкая основа – хорошую прирабатываемость и образование микрокапилляров, по которым смазка может проникать к месту соприкосновения подшипника с вращающейся частью машины. Поскольку при трении возникает тепло, подшипниковые сплавы должны обладать хорошей теплопроводностью. Сплавы, использующиеся для заливки, должны иметь низкую температуру плавления.

В качестве материалов для подшипников скольжения широко используют специальные бронзы, антифрикционные чугуны и специальные сплавы, называемые баббитами.

Структура литых бронз вследствие их склонности к дендритной ликвидации состоит из твердых включений в мягком α -твердом растворе.

Свинцовистые бронзы. Эти бронзы содержат до 25 – 30% Pb. Медь и свинец практически не взаимодействуют, поэтому структура таких бронз состоит из зерен твердой меди и мягкого свинца. Свинцовистые бронзы выдерживают большие удельные нагрузки (до 250–300 кгс/см²), имеет высокий предел усталости, могут выдерживать динамические нагрузки. Недостатком этих бронз является невысокая механическая прочность, поэтому их иногда заливают на прочную стальную основу. Для улучшения механических свойств в состав иногда вводят олово. Широко используют свинцовистые бронзы марок БрС30 и БрОС5-25.

Антифрикционные чугуны. В качестве антифрикционных сплавов используют чугуны, имеющие перлитную основу и повышенное количество графита. Графит выполняет роль смазки. Впитывающий к тому же смазочные масла, он существенно понижает коэффициент трения.

Баббиты. Это специальные легкоплавкие подшипниковые сплавы. В их строении также всегда есть мягкая основа и твердые включения. Баббиты бывают оловянные (сплав олова с сурьмой и медью), свинцовые (сплав свинца с сурьмой, медью и оловом), кальциевые (сплав свинца с кальцием и натрием).

Классические оловянные баббитами являются сплавы Б83 (10–12% Sb, 5, 5–6, 6% Cu) и Б89 (7, 25–8, 25% Sb, 2, 5–3, 5% Cu); свинцовые – сплав Б16 (15–17% Sn, 15–17 % Sb, 1, 5–2, 0% Cu); кальциевыми – сплав БКА (0, 85–1, 15% Ca, 0, 6–0, 9% Na).

Рекристаллизация

После достижения опред. тем-р происходит изменение уже на микроскопическом уровне. Под микроскопом на фоне вытянутых зёрен можно наблюдать мелкие зёрна равноосной формы. По мере увеличения длительности отжига или повышении тем-ры происходит рост мелких зёрен за счёт вытянутых деформируемых зёрен. Образование и рост новых зёрен за счёт деформированных зёрен той же фазы наз-ся первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки.

При дальнейшем увелич. тем-ры и длительности отжига происходит «поедание» одними зёрнами других зёрен. Следствием явл-ся разнозёренность стр-р. В пределе можно достичь того, что стр-ра металла будет состоять только зи очень крупных зёрен. Это так наз. собирательная рекристаллизация. Тем-ра начала рекристаллиз. не явл-ся постоянной физ. величиной как, например, тем-ра плавления металла. Тем-ра начала рекристаллиз. будет зависеть от степени предварительной деф-ции металла, длительности процесса и ряда др. факторов.

Тем-ра рекристаллиз. для чистых металлов м.б. рассчитана исходя из соотношения предложенного Бочваром А.А.: T_p=aT_пл, а=0, 2…0, 6.

Отжиг, обеспечивающий получение рекристаллиз. стр-ры после холодной пластической деформации наз-ся рекристаллизационным отжигом. Рекрист. отжиг проводиться как межоперационная обработка после операций холодной пластической деформации.

От размера зерна вообще и после рекристаллиз отжига в частности зависят св-ва металла. Чем мельче зерно, тем выше мех. св-ва. Чем крупнее зерно, тем ниже мех. св-ва, но выше магн. или электр. св-ва. Поэтому, например, трансформаторную сталь после холодной деф-ции подвергают рекрист. отжигу с тем, чтобы как можно больший размер зерна можно было получить.

Отжиг 1-го рода

Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига – уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Отжиг делят на отжиг 1 рода и 2 рода.

Отжиг 1 рода – это такой вид отжига, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями.

Отжиг 1 рода в свою очередь разделяют на 3 группы:

1. Гомогенизация – отжиг, направленный на уменьшение химической неоднородности металлов, образующейся в результате рекристаллизации. В отличие от чистых металлов, все сплавы после кристаллизации характеризуются неравновесной структурой, т.е. их химический состав является переменным как в пределах одного зерна, так и в пределах всего слитка.

В процессе отжига на гомогенизацию происходит постепенное растворение неравновесных интерметаллидных фаз, которые могут образоваться в результате кристаллизации с большой скоростью. При последующем медленном охлаждении после отжига такие неравновесные фазы больше не выделяются. Поэтому после гомогенизации металл обладает повышенной пластичностью и легко поддается пластической деформации.

2. Рекристаллизационный отжиг - для снятия эффекта упрочнения, т.е. нагрев металла до температур выше начала кристаллизации, выдержку с последующим медленным охлаждением. Температура нагрева зависит от состава сплава. Для чистых металлов температура начала рекристаллизации t_p=0, 4Тпл, º К, для обычных сплавов порядка 0, 6Тпл, для сложных термопрочных сплавов 0, 8Тпл. Продолжительность такого отжига зависит от размеров детали и в среднем составляет от 0, 5 до 2 часов. В процессе рекристаллизационного отжига происходит образование зародышей новых зерен и последующий рост этих зародышей. Постепенно старые деформированные зерна исчезают. Количество дефектов в кристаллической решетке уменьшается, наклеп устраняется, и металл возвращается в исходное состояние.

3. Отжиг для снятия внутренних напряжений. Внутренние напряжения в металле могут возникать в результате различных видов обработки: термические напряжения, образовавшиеся в результате неравномерного нагрева, различной скорости охлаждения отдельных частей детали после горячей деформации, литья, сварки, шлифовки и резания. Могут быть структурными, т.е. появившиеся в результате структурных превращений, происходящих внутри детали в различных местах с различной скоростью. Этот отжиг проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации: t_отж=0, 2-0, 3Тпл º К. Повышенная температура облегчает скольжение дислокаций и, под действием внутренних напряжений, происходит их перераспределение, т.е. из мест с повышенным уровнем внутренних напряжений дислокации перемещаются в области с пониженным уровнем. Происходит как бы разрядка внутренних напряжений. При нормальной температуре этот процесс будет длиться в течение нескольких лет. Увеличение температуры резко увеличивает скорость разрядки, и продолжительность такого отжига составляет несколько часов.

Отжиг 2-го рода

Отжиг - это нагрев сплава до определенной температуры с последующим медленным охлаждением. Цель: подготовка стр-ры металла к обработке резанием и отпуску.

В зависимости от типа фазовых превращений в данном сплаве могут быть проведены:

- гетерогенизирующий отжиг — применяется в случае наличия в сплаве процесса выделения из матрицы другой фазы, вследствие изменения равновесной растворимости компонентов при понижении температуры. При этой обработке не происходит коренной ломки структуры по всему объему. Тип кристаллической решетки матричной фазы не меняется. Отжиг приводит к изменению концентрации компонентов в матричной фазе и к изменению количества, размера, а также формы частиц выделяющейся фазы.

- отжиг с фазовой перекристаллизацией — возможен при наличии в сплаве полиморфного или эвтектоидного (включает полиморфное) превращения и приводит коренной перестройке структуры по всему объему сплава. Он используется для устранения текстуры и измельчения размера зерна.

Отжиг 2-го рода - изменение структуры сплава посредством перекристаллизации около критических точек с целью получения равновесных структур; к отжигу второго рода относятся полный, неполный и изотермический отжиги.

Основные цели полного отжига - устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке (литье, горячей деформации или сварке), смягчение стали перед обработкой резанием и уменьшение напряжений, для придания стали определенных характеристик. В целом отжиг II рода проводят для приближения система к равновесию.

Неполный отжиг доэвтектоидной стали проводят при нагреве до температур выше Ас₁, но ниже Ас₃. При таких температурах происходит частичная перекристаллизация стали, а именно лишь переход перлита в аустенит. Избыточный феррит частично превращается в аустенит и значительная часть его не подвергается перерекристаллизации. Поэтому неполный отжиг не устраняет пороки стали связанные с нежелательными размерами и формой избыточного феррита. Для доэвтектоидной стали неполный отжиг применяется лишь тогда, когда отсутствует перегрев, ферритная полосчатость, и требуется только снижение твердости и смягчения перед обработкой резанием.

42. Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение.

Скорость охлаждения очень сильно влияет на конечную структуру, чем меньше скорость, тем до больших размеров вырастают глобулы карбида при распаде аустенита. Регулируя скорость охлаждения, можно получать структуры глобулярного перлита от точечного до крупнозернистого. Более мелкозернистый перлит обладает повышенной твердостью.

Способы закалки

В зависимости от вида фазовых превращений, происходящих в сплаве при закалке, различают закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения.

Цементация

Процесс насыщения поверхности изделия углеродом. Цементация повышает твердость и износостойкость поверхности детали при сохранении вязкости сердцевины. Различают твердую и газовую цементацию. При твердой цементации в ящик заполненный науглеражущим в-вом (карбюризатором) и специальными добавками размещают детали. В качестве карбюризатора используют древесный уголь. При температуре процесса (900-950 градусах Цельсия) кислород воздуха, расположенного между кусочками угля взаимодействует с углеродом с образования окиси углерода СО. Именно СО, а не СО₂ т.к. процесс идет при недостаточном кол-ве кислорода. При контакте окиси углерода с металлической поверхностью происходит реакция диссоциации при которой окись углерода распадается на СО₂+реакция диссоциации с образованием активных атомов углерода, кат. диффунд. 2СО₂-> СО₂+С

поверхность металла. В качестве добавок к карбюризатору используют соли: СО₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, являющиеся дополнительным поставщиком окиси углерода.

Процесс твердой цементации является мало производительным и занимает не один десяток часов. Это связанно с тем, что значительная часть времени тратится на прогрев ящика до заданной температуры т.к. карбюризатор является не теплопроводным веществом.

Эффективнее способ газовой цементации.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒