Шпаргалка по "Материаловедение"

пересечения и касания) с однофазными областями (рис. 1).

0 c' l' 100

Рис. 1. Применение правила отрезков при анализе диаграмм состояний.

 

 

Qэвт= 

 

 

Доля кристаллов В в структуре сплава

QB=   100%

Правило фаз (правило Гиббса)

 

 

В данной работе это правило используется, в основном, для контроля хода кривых охлаждения сплавов. Правило имеет вид:

С = К-Ф+ 1,

где К - число компонентов в сплаве;

Ф - число фаз в рассматриваемом состоянии сплава;

С - число степеней свободы сплава, в нашем простейшем случае анализа - это число возможностей у сплава уменьшить свою температуру при отводе от него тепла.

Если С>0 (т.е. С = 1 или 2), то температура сплава будет монотонно понижаться при отводе тепла от сплава. Если в некоторой точке происходит изменение от С = 1 к С = 2 или наоборот, то

изменяется скорость снижения температуры сплава, т.е. в этих точках на кривой охлаждения будут изломы.

Если С = 0, то несмотря на отвод тепла от сплава, его температура будет оставаться постоянной до тех пор, пока не завершится какой-то процесс внутри сплава, благодаря чему в нем уменьшится число фаз и окажется C>0. На кривой охлаждения сплава этому процессу будет соответствовать горизонтальный участок.

9 Диаграмма состояния сплавов Fe-C

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов.Основные свойства сплава определяются содержанием углерода. Взаимодействие углерода с α- или γ-модификациями железа приводит к образованию железоуглеродистых сплавов, различных по строению и свойствам. Построение диаграммы состояния железо - углерод (цементит) дает представление о температурах и концентрационных границах существования этих сплавов.

На диаграмме состояния железо - цементит (см. рис. 1.9) линия ABCD - линия ликвидуса, выше нее сплав находится в жидком состоянии; линия AECF - линия солидуса, ниже нее сплав находится в твердом состоянии. При температурах, соответствующих линии AECF, заканчивается первичная кристаллизация. В точке С при концентрации углерода 4,3 % образуется эвтектика, которая носит название ледебурит. Линия PSK - линия эвтектоид-ного превращения, на которой заканчивается процесс вторичной кристаллизации. Линия PS - линия нижних критических точек А1. Линия GSE - начало процесса вторичной кристаллизации твердого раствора. Линия GS - линия верхних критических точек А3; она показывает температуру начала выделения феррита из аустенита. Линия SE - линия верхних критических точек Ат, она показывает температуру начала выделения вторичного цементита и является линией, определяющей предельную растворимость углерода в аустените. Сплавы, содержащие до 2,14 % С, условно называют сталями, более 2,14 % С - чугунами. Сталь, содержащая 0,8 % С, называется эвтектоидной сталью; сталь, содержащая менее 0,8 % С, - доэвтектоидной. Сталь, содержащая более 0,8 % С, - заэвтектоидной.

Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие составляющие.

Аустенит - твердый раствор углерода в γ-железе с предельной концентрацией углерода 2,14 % при температуре 1147 °С; с понижением температуры до 727 °С концентрация углерода уменьшается до 0,8 %; сталь со структурой аустенита имеет высокие пластичность и вязкость. Аустенит не магнитен.

Феррит - твердый раствор углерода в α-железе с предельной концентрацией углерода 0,02 % при температуре 727 °С; сталь со структурой феррита ферромагнитна вплоть до температуры Кюри 770 °С, имеет малую твердость и высокую пластичность.

Цементит - химическое соединение железа с углеродом Fe3C (6,67 % С); ферромагнитен до температуры Кюри 210 °С, имеет высокие твердость и хрупкость.

Перлит - механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита, образующаяся при эвтектоидном распаде аустенита (0,8 % С); сталь, имеющая структуру перлита ферромагнитна, обладает повышенными прочностью и твердостью.

Ледебурит (4,3 % С) - механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита; ниже температуры 727 °С аустенит превращается в перлит, при этом образуется смесь перлита и цементита - превращенный ледебурит.

Графит - углерод в свободном состоянии, образующийся в чугунах в результате распада цементита при медленном охлаждении. Графит не магнитен, мягок и обладает низкой прочностью. 

 

 

 

Рис. 1.9. Диаграмма состояния железо – цементит

11.Чугуны: классификация, маркировка, химический состав, механические и технологические свойства, применение.

Чугун – это сплав железа с углеродом и некоторыми др. элем-и, в к-х содержание углерода превышает 2,14%.

Св-ва чугунов определяются  мет. Матрицей, а так же кол-м, формой и расположением графитовых включений. В зависимости от этого чугуны делятся на: белый чугун;серый чугун; высокопрочный чугун; ковкий чугун; легированный чугун.

Белые литейные чугуны. Белыми называются чугуны, в которых весь углерод  нах-ся в связанном состоянии в виде цементитаFe3C. Цементит делает чугун твердыми хрупким, по этому чугуны белые чугуны отличаются высокой износостойкостью. Применяются для мелящих шаров шаровых мельниц.Не маркеруются.

Серые чугуны-чугуны с пластинчатой формной графита. Состав чугуна  C, Si, Mn, S, P. Содержание этих элементов  следующее: C = 2,2 – 3,7 % ,   Si = 2% , Mn = 1%,   P = 0,2%,  S =0,1%.  В обозначениях марки чугуна буквы “СЧ” обозначают “серый чугун”, а  число после букв – предел прочности при растяжении.               СЧ может иметь структуру: 1)феррит+графит; 2)ф.+прелит+гр;  3)п+г. По назначению СЧ делится на 3 категории; 1)малоответственное литьё(опоры, грузы СЧ10-СЧ15); 2) ответственное литье(СЧ20-25, червячные и зубчатые колеса, ф+п); 3) ответственное высоконагруженное литье(СЧ30-45, п, поршневые кольца, коленвал). Чугун обладает высокой хрупкостью и относительным удлинением 0,3%.

Высокопрочные чугуны - чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Получение в чугуне шаровидной формы графита достигается при добавлении некоторых химических элементов Mq, Ca, Ce и т.д. в количестве 0,05—0,1 %. ВЧ имеет более высокие механические св-ва чем СЧ.

По структуре металлической основы ВЧ может быть ф, ф+п, п. Так же как и у серых чугунов, наиболее высокими свойствами обладает высокопрочный чугун с перлитной структурой.   В обозначении марки чугуна буквы «ВЧ» обозначают «высокопрочный                         чугун», а число после букв – предел прочности при растяжении σB в кг/мм2.

Ковкие чугуны- называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Такие чугуны получаются путем длительного отжига белого чугуна. Хлопьевидный графит, в отличие от пластинчатого, меньше снижает механические свойства  металлической основы, в следствии чего ковкий чугун обладает более высокой прочностью и пластинчатостью, чем серый чугун.

 

 Для обеспечения получения  хлопьевидного графита после  отжига исходные белые чугуны  должны иметь пониженное содержание  углерода и кремния. Химический  состав исходного белого чугуна  находится в пределах:С=2,4-2,9%  ,Si=1,0-1,6% ,Mn=0,2-1,05% ,  S<0,2%,  P<0,18.%.

По структуре металлической основы ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными. Перлитные ковкие чугуны имеют более высокий предел прочности, но пониженную пластичность.  

         В  основном ковкий чугун используется  для изготовления ответственных  отливок, испытывающих при эксплуатации  значительные динамические и  знакопеременные нагрузки (например, коленчатые валы, ступицы грузовиков, приводные цепи конвейеров и  др.)

           В обозначении марки ковкого  чугуна буквы «КЧ» означают  «ковкий чугун». Первая пара цифр - предел прочности в МПа, вторая  пара цифр-относительное удлинение в %.(КЧ35-10)

Легированные чугуны - получаются при введении в их состав легирующих компонентов (Cr, Si, Al, Ni, Mn и др.) Легирование производится  для получения каких либо особых свойств: износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости и др.

     Из легированных чугунов  можно выделить следующие группы:

• износостойкие чугуны;
• жаростойкие  чугуны;
• жаропрочные чугуны;
• коррозионностойкие чугуны;
• антифрикционные чугуны.
•      Легированные чугуны маркируются по типу сталей: первые буквы означают вид чугуна: Ж-жаростойкий, А-антифрикционный, Ч-жаропрочный или коррозионностойкий. Следующие буквы  обозначают наличие легирующих элементов (Х-хром, С-кремний, Ю-алюминий, Д-медь, Н-никель, Г-марганец, М-молибден, В-вольфрам). Цифры после букв  указывают примерное содержание  легирующего элемента в процентах. Если цифры нет, то содержание легирующего  элемента соответствует ~1 %.

Например, ЖЧЮ 7Х2- жаростойкий чугун, алюминия –7 %, хрома –2 %.

Износостойкие чугуны. Износостойкость чугуна повышается при увеличении в структуре количества карбидов  как простых (цементита), так и специальных (карбидов хрома, вольфрама, ванадия и т.д.). Применяется для корпусов гидроциклонов.

Жаростойкие чугуны.Жаростойкие чугуны используются для изготовления деталей работающих в газовой, воздушной, щелочной средах при температурах 500-1100°С.

 Жаропрочные чугуны применяются для изготовления деталей, работающих под нагрузкой при повышенных температурах ( до 600°С ).  Марки жаропрочных чугунов обозначаются буквой «Ч», остальные обозначения такие же, как у всех остальных. Буква «Ш» в конце обозначения означает «с шаровидным графитом».

Коррозионностойкие чугуны применяются для изготовления деталей с высокой  коррозионной стойкостью в различных рабочих средах (морской воде, растворах кислот, расплавах солей, в перегретом водяном паре, в сернистых газах и т. д.). Для повышения  коррозионной стойкости чугун легируется  в основном Cr , Ni, Cu и другими элементами, которые создают на поверхности чугуна защитные (пассивирующие) пленки, а так же легируют металлическую матрицу (преимущественно, феррит) образуя химические соединения с высоким химическим потенциалом.

Антифрикционные чугуны. применяются для изготовления подшипников скольжения, работающих в присутствии смазки. Из антифрикционного чугуна изготавливаются цилиндры, поршни, станины, зубчатые колеса, втулки, вкладыши подшипников и т.д. Наиболее важными свойствами антифрикционного чугуна являются высокая износостойкость, хорошие литейные свойства.

12.Виды термообработки и их характеристика

Термическую обработку стальных деталей проводят в тех случаях, когда необходимо либо повысить прочность, твердость, износоустойчивость или упругость детали или инструмента, либо, наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке.

В зависимости от температур нагрева и способа последующего охлаждения различают следующие виды термической обработки: закалка, отпуск и отжиг. Закалка придает стальной детали большую твердость и износоустойчивость. Для этого деталь нагревают до определенной температуры, выдерживают некоторое время, чтобы весь объем материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или воде (углеродистые стали). Обычно детали из конструкционных сталей нагревают до 880-900С (цвет каления светло-красный), из инструментальных - до 750-760С (цвет темно-вишнево-красный), а из нержавеющей стали - до 1050-1100С (цвет темно-желтый). Нагревают детали вначале медленно (примерно до 500С), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в детали не возникли внутренние напряжения, что может привести к появлению трещин и деформации материала. Цвет каления стали Температура нагрева C  Темно-коричневый (заметен в темноте)530-580; Коричнево-красный(580-650); Темно-красный (650-730); Темно-вишнево-красный (730-770);

Закалка стальных деталейЗакалка придает стальной детали большую твердость и износоустойчивость. Для этого деталь нагревают до определенной температуры, выдерживают некоторое время, чтобы весь объем материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или воде (углеродистые стали). Обычно детали из конструкционных сталей нагревают до 880-900С . Нагревают детали вначале медленно (примерно до 500С), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в детали не возникли внутренние напряжения, что может привести к появлению трещин и деформации материала.Детали сложной формы сначала охлаждают в воде до 300-400С, а затем быстро переносят в масло, где и оставляют до полного охлаждения. Время пребывания детали в воде определяют из расчета: 1с на каждые 5-6м сечения детали. В каждом отдельном случае это время подбирают опытным путем в зависимости от формы и массы детали.Небольшие детали из малоуглеродистых сталей (марки "3О", "35", "40") слегка разогревают, посыпают железосинеродистым калием (желтая кровяная соль) и вновь помещают в огонь. Как только обсыпка расплавится, деталь опускают в охлаждающую среду. Железосинеродистый калий расплавляется при температуре около 850С, что соответствует температуре закалки этих марок стали.

Отпуск закаленных деталей

Отпуск закаленных деталей уменьшает их хрупкость, повышает вязкость и снимает внутренние напряжения. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск применяют главным образом при обработке измерительного и режущего инструмента. Закаленную деталь нагревают до температуры 150-250С (цвет побежалости - светло-желтый), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате такой обработки материал, теряя хрупкость, сохраняет высокую твердость и, кроме того, в нем значительно снижаются внутренние напряжения, возникающие при закалке.

Средний отпуск применяют в тех случаях, когда хотят придать детали пружинящие свойства и достаточно высокую прочность при средней твердости. Для этого деталь нагревают до 300-500С и затем медленно охлаждают.

И наконец, высокому отпуску подвергают детали, у которых необходимо полностью снять все внутренние напряжения. В этом случае температура нагрева еще выше - 500-600С.

Термообработку (закалку и отпуск) деталей простой формы (валики, оси, зубила, кернеры) часто делают за один раз. Нагретую до высокой температуры деталь опускают на некоторое время в охлаждающую жидкость, затем вынимают. Отпуск происходит за счет тепла, сохранившегося внутри детали.

При отпуске небольших деталей (как и при закалке) нагревают какую-нибудь болванку и на нее кладут отпускаемую деталь. При этом цвет побежалости наблюдают на самой детали.