1 Материаловедение относится к числу основопола..

1 Материаловедение относится к числу основополагающих дисциплин для машиностроительных специальностей. Это связано с тем, что получение, разработка новых материалов, способы их обработки являются основой современного производства и во многом определяют уровнем своего развития научно-технический и экономический потенциал страны. Проектирование рациональных, конкурентоспособных изделий, организация их производства невозможны без достаточного уровня знаний в области материаловедения.
Разнообразие свойств материалов является главным фактором, предопределяющим их широкое применение в технике. Материалы обладают отличающимися друг от друга свойствами, причем каждое зависит от особенностей внутреннего строения материала. В связи с этим материаловедение как наука занимается изучением строения материала в тесной связи с их свойствами. Основные свойства материалов можно подразделить на физические, механические, технологические и эксплуатационные.
От физических и механических свойств зависят технологические и эксплуатационные свойства материалов.
Среди механических свойств прочность занимает особое место, так как прежде всего от нее зависит неразрушаемость изделий под воздействием эксплуатационных нагрузок. Учение о прочности и разрушении является одной из важнейших составных частей материаловедения. Оно является теоретической основой для выбора подходящих конструкционных материалов для деталей различного целевого назначения и поиска рациональных способов формирования в них требуемых прочностных свойств для обеспечения надежности и долговечности изделий.

№2 Металлы, особенности атомно-кристаллического строения
Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определённым набором свойств:
«металлический блеск» (хорошая отражательная способность);пластичность; высокая теплопроводность; высокая электропроводность.
Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объёму металла. Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».
Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества. Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.
Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются:
размеры рёбер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решётки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определёнными.углы между осями ().
координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.
базис решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.

Рис.1.1. Схема кристаллической решетки
Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа;
примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;
базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;
объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;
гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней

Коэффициент компактности
· решетки определяется отношением объема, занимаемого атомами Vа, ко всему объему решетки Vp, т. е.
·=Va/Vp.

№3Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения.
Точеные дефекты
Линейные дефекты:
Из жидкого расплава можно вырастить монокристалл. Их обычно используют в лабораториях для изучения свойств того или иного вещества.
Металлы и сплавы, полученные в обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов, то есть, имеют поликристаллическое строение. Эти кристаллы называются зернами. Они имеют неправильную форму и различно ориентированы в пространстве. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, отличную от ориентировки соседних зерен, вследствие чего свойства реальных металлов усредняются, и явления анизотропии не наблюдается. Различают следующие структурные несовершенства: точечные – малые во всех трех измерениях; линейные – малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем;
поверхностные – малые в одном измерении.
Точеные дефекты. Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей. (рис. 2.1.)
Рис.2.1. Точечные дефекты
Точечные дефекты вызывают незначительные искажения решетки, что может привести к изменению свойств тела (электропроводность, магнитные свойства), их наличие способствует процессам диффузии и протеканию фазовых превращений в твердом состоянии. При перемещении по материалу дефекты могут взаимодействовать. Линейные дефекты:
Основными линейными дефектами являются дислокации. Априорное представление о дислокациях впервые использовано в 1934 году Орованом и Тейлером при исследовании пластической деформации кристаллических материалов, для объяснения большой разницы между практической и теоретической прочностью металла. Дислокация – это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей. Влияние точечных дефектов на свойства кристаллов.
Плотность материала уменьшается при возрастании концентрации вакансий.
Диффузия в кристаллах осуществляется так, что диффундирующий атом движется в определенном направлении путем перескоков в вакантные места решетки; этот же процесс можно рассматривать как дрейф вакансий в противоположном направлении. Внедренные атомы и вакансии деформируют решетку, поэтому для образования вакансии рядом с внедренным атомом собственным или примесным требуется меньшая энергия, чем для образования ее в любом другом участке кристалла; именно поэтому вакансия взаимодействует с диффундирующим атомом.

№4 Кристаллизация металлов.
Все металлы могут находиться в твердом, жидком или в газообразном состояниях. Переход из твердого состояния в жидкое происходит при определенной температуре плавления, переход из жидкого состояния в газообразное происходит при температуре кипения. Эти температуры зависят от давления. Температура плавления является одной из важнейших характеристик металла.
С изменением температуры свободная энергия для жидкого и твердого (кристаллического) состояния изменяется различно. Но для каждого металла есть такая температура, при которой свободные энергии жидкого и твердого состояний равны, металл в обоих состояниях находится в равновесии. Эта температура и называется теоретической температурой кристаллизации. Охлаждение жидкого металла ниже теоретической температуры кристаллизации носит название явления переохлаждения. Разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации называется степенью переохлаждения. Процесс кристаллизации, т. е. переход из жидкого состояния в твердое, изображается кривыми охлаждения, которые строятся в координатах температура время (рис. 24).
1 теоретическая кривая кристаллизации металлов; 2 кривая кристаллизации металла с переохлаждением; 3 кривая охлаждения с петлей; 4 кристаллизация неметалла.
Жидкий металл при охлаждении не испытывает качественных изменений: кривая охлаждения идет плавно. При достижении теоретической температуры кристаллизации на кривой охлаждения появляется горизонтальная площадка, так как отвод тепла компенсируется выделяющейся при кристаллизации скрытой теплотой кристаллизации. Когда закончится процесс кристаллизации, кривая охлаждения снижается опять плавно. В жидком металле происходит непрерывное движение атомов. С понижением температуры движения атомов замедляются. Они начинают сближаться, группироваться, образуя зародыши или центры кристаллизации. Число центров кристаллов, зарождающихся в единицу времени (1 мм3/сек), и скорость кристаллизации (мм/сек) зависят от степени переохлаждения (рис. 25).При небольшом переохлаждении образуется малое количество крупных кристаллов, при большом образуется значительное количество мелких кристаллов. Это находит место в практике литейного производства: при литье тонкостенных деталей получается мелкозернистая структура, а при литье деталей с толстыми стенками крупнозернистая. Рис. 24. Рис 25.




№5 Кинетика кристаллизации
Характерной особенностью процессов кристаллизации, как и многих других процессов образования фаз, является то, что они всегда обусловлены образованием и ростом зародышей новой фазы внутри старой. В случае кристаллизации жидкости при понижении ее температуры ниже точки плавления молярная энергия Гиббса этой жидкости становится больше, чем соответствующая
величина для твердой фазы. Вследствие этого должна начаться самопроизвольная кристаллизация. В обычных условиях зародыши новой фазы (например, капли жидкости в пересыщенном паре, пузырьки пара в перегретой жидкости, кристаллики в растворе и т.д.) становятся из-за большой удельной поверхности устойчивыми только после достижения ими определенного критического размера. Пока такой зародыш не достиг критического размера, его рост сопровождается увеличением энергии Гиббса.. Изменение энергии Гиббса при образовании зародыша складывается из двух частей. Первая часть обусловлена собственно фазовым превращением, а вторая - возникновением новой поверхности раздела:
·G = V
·, M, (G2 - G1) +
·
·, где
· и М - плотность и молекулярная масса кристаллизующегося вещества. Если зародыш представляет собой сферу с радиусом r, то
·G = 4/3
·r3
·, M, (G2 - G1) + 4
·r2
·.
При температурах выше точки плавления (Tпл), очевидно, G2 > G1 величина
·G положительна и неограниченно возрастает с увеличением значения r. При понижении температуры разность (G2 - G1) уменьшается и при температурах, меньших Tпл, становится отрицательной, т.е. появляется возможность самопроизвольной кристаллизации, которая, как отмечалось, реализуется благодаря флуктуациям. Для кристалла макроскопических размеров, поскольку r стремится к бесконечности, величина
·G стремится к минус бесконечности при температурах ниже Tпл; В жидких металлах атомы обладают большой подвижностью, а энергия активации E мала по сравнению с Aкр. Этим объясняется то, что металлы трудно переохлаждаются и не переходят в стеклообразное состояние. Рост кристалла происходит вследствие того, что на гранях зародыша образуются двумерные кристаллические зародыши, которые разрастаются по всей грани, создавая новый слой.

·л = Ce-L/RTe-D
·2/T(
·T), (XVIII.64) , где L - энергия активации; С и D - некоторые постоянные;
· - межфазное натяжение на границах двумерного зародыша. Уравнение (XVIII.64) дает зависимость л. с. к. от переохлаждения. Необходимо отметить, что в реальных условиях сталеплавильного производства скорость кристаллизации слитков определяется главным образом условиями теплоотвода, зависящими от ряда таких факторов, как толщина стенок изложницы, ее размеры, материал и пр. Наконец, по мере остывания всей массы металла в центральных частях изложницы достигаются такие величины переохлаждения, при которых с. з. ц. к. достаточно велика, вследствие чего вновь возникает зона равноосных кристаллов.
6. Металлический слиток- это кусок металла полученный в результате заливки жидкого металла в форму или изложницу. Структура металлического слитка состоит из трёх зон.1-ая зона- мелкозернистая корка. Образуется в результате соприкосновения горячего металла с холодными стенками формы в результате резкого перепада температур. Зарождаются многочисленные центры кристаллизаций которые дают мелкое зерно.2-ая зона- столбчатых кристаллов. Образуется в результате не очень сильного отвода тепла чем в первой зоне. В этой зоне происходит зарождение не очень большого кол-ва центров кристаллизаций из которых получается зерно вытянутой формы, и ориентированных в сторону отвода тепла т.е. перпендикулярно к стенкам формы.3-я зона- зона равноостных образ. В результате слабого отвода тепла. В этой зоне зарождается малое кол-во центров кристаллизаций из которых вырастает зерно больших размеров. Усадочная раковина образ. В результате сокращения в объеме при его охлаждений в металл. Форме. Усадочная раковина располагается в верхней части слитка или по всему его объему.


№7. Полиморфизм. Существование одного и того же металла в нескольких формах называется полиморфизмом или аллотропией. Различные формы одного и того же металла назыв. Полиморфными или аллотропическими модификациями. Полиморфные модификаций обознач.:13 EMBED Equation.3 1415 и.т. далее которые в виде индекса приписываются к символу обознач. Элемент.Напр. Fe13 EMBED Equation.3 1415,Fe13 EMBED Equation.3 1415,Fe13 EMBED Equation.3 1415и т.д.Явление полиморфизма основано на законе о наименьшем запасе свободной энергий в-ва. При самой низкой модификаций устойчива 13 EMBED Equation.3 1415-модификация. С повышением температуры 13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415и т.д.Температура при которой происходит переход одной модификаций в другую назыв. Температурой полиморфных и аллотропических превращений.
Полиморфизмом обладают железо, кобальт, титан олово, марганец, ванадий, стронций, кальций, цирконий и др. Физическая суть полиморфного превращения заключается в том, что кристаллическое вещество при разных температурах переходит в состояние с меньшим запасом свободной энергии. Например, полиморфное равновесие титана наблюдается при 880 °С, а олова - при 13,2 °С. Переход металла из одной аллотропической модификации в другую сопровождается выделением теплоты при охлаждении металла и поглощением теплоты при его нагреве, а внешняя температура остается постоянной. Полиморфные превращения можно обнаружить термическим методом, который заключается в следующем. В тигель с расплавленным металлом помещают соединенный с самопишущим тем-пературно-измерительным прибором (потенциометром, осциллографом) термоэлектрический термометр. Расплав медленно охлаждают. Прибор записывает кривую охлаждения в координатах «температуравремя охлаждения» (рис.10). Точки перегиба на кривой будут соответствовать полиморфным превращениям.



№8. СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Копоненты- это в-ва образующие спалав. Ком-ими сплава могут быть как металлы так и неметаллы. напр. сталь и чугун (сплав железа с углеродом). Сплав по свое природе неоднородны, а состоят из частей. Каждая часть сплава имеет свою стр-ру и свои св-ва. часть сплава, отделенная от других частей пов-тью раздела при переходе через, которую изменяется её стр-ра и св-ва назыв. фазой. Различают следующие виды фаз: жидкие растворы, химические соединения, твердые растворы.Сталь.Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Чугун. Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей.
Свинцовые сплавы. Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Легкие сплавы. Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. При кристаллизации железоуглеродистых сплавов образуются следующие структурные составляющие: аустенит, феррит, цементит, перлит, ледебурит. Аустенит твердый раствор углерода в у-железе. У сплавов с содержанием углерода до 2% (стали) при температурах выше 723 °С структура представляет собой аустенит на диаграмме (рис. 13) область AESG. Кристаллическая решетка аустенита гранецентриро-нанный куб. При нормальной температуре (18...24°С) аустенит в простых железоуглеродистых сплавах отсутствует и, его увидеть нельзя. Аустенит обладает высокой пластичностью (6 = 40...50%) 'и низкой твердостью (НВ 170...200), хорошо поддается горячей обработке давлением (ковке, штамповке и прокатке). На диаграмме аустенит обозначается буквой А. Феррит (Ф) твердый раствор углерода в а-железе. В феррите растворяется очень мало углерода (до 0,02 %). Техническое железо имеет структуру феррита (на диаграмме область GPQ). Кристаллическая решетка феррита объемно-центрированный куб. Феррит обладает высокой пластичностью и низкой твердостью (6 = = 40...50 %; НВ80...120), хорошо поддается обработке давлением в холодном состоянии (волочению, штамповке). Чем больше феррита в сплавах, тем они мягче и пластичнее. Цементитсамая твердая (НВ800) и хрупкая (6 = 0%) составляющая железоуглеродистых сплавов представляет собой химическое соединение железа и углерода (карбид железа Fe3C), содержащее 6,67 % углерода. Кристаллическая решетка цементита сложная. Особенность цементита состоит в том, что в присутствии значительного количества некоторых элементов, например кремния Si, цементит может вообще не образоваться или может распадаться с образованием углерода графита и железа. Сплавы из чистого цементита на практике не применяют. Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем они тверже и хрупче. На диаграмме цементит обозначается буквой Ц. Перлит (П) механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,83 % углерода. Перлит образуется при перекристаллизации (распаде) аустенита при температуре 723 °С (на диаграмме линия РК). Распад аустенита на перлит называется эвтектоидным превращением, а перлит эвтектоидом. Перлит присутствует во всех железоуглеродистых сплавах при температуре ниже 723 °С, обладает высокой прочностью (ов до 800 МПа) и твердостью (НВ200). Чем мельче включения феррита и цементита в перлите, тем выше показатели его механических свойств. Поэтому чем больше перлита в сплаве, тем выше показатели механических свойств сплава. Ледебурит структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом чугунов, предсталяющая собой эвтектическую смесь аустенита и цементита, ниже 1147 °C.



№9 Диаграмма состояния
графич. изображение всех возможных состояний термодинамич. системы в пространстве осн. параметров состояния т-ры Т, давления р и состава х (обычно выражаемого молярными или массовыми долями компонентов). Теоретич. основами построения и интерпретации Д. с. равновесных систем являются: 1) условие фазового равновесия, согласно к-рому хим. потенциалы mi каждого i-го компонента во всех фазах при равновесии равны; 2) условие химического равновесия, согласно к-рому сумма хим. потенциалов вступающих в р-цию в-в при равновесии равна аналогичной сумме для продуктов р-ции; 3) фаз правило Гиббса, согласно к-рому число компонентов К, число фаз Ф и вариантность системы v (т. е. число независимых параметров состояния, к-рые можно в определенных пределах изменять без изменения числа и природы фаз) связаны соотношением: v = К Ф + 2. Цифра 2 означает, что учитываются только два интенсивных параметра состояния - т-ра и давление. Если учитываются и др. параметры, напр., напряженности электромагнитного или гравитационного полей, вариантность системы соотв. увеличивается. Различают нонвариантные (v = 0), моновариантные (v = 1), дивариантные (v = 2) и т. д. состояния (равновесия); 4) правило о соприкасающихся пространствах состояния, согласно к-рому если два разных пространства состояния (поля в случае плоской диаграммы) соприкасаются по линии, то они различаются между собой на одну фазу, если поля соприкасаются в точке, то состояния различаются на две фазы. Для построения Д. с. расчетным путем необходимо знать зависимости хим. потенциалов всех компонентов системы от Т, р и состава фаз. Приближенные методы расчета с применением ЭВМ интенсивно развиваются, в частности, для многокомпонентных сплавов. Однако пока Д. с. строят на основе эксперим. данных, получаемых гл. обр. термическим анализом, к-рый позволяет определять зависимости т-р плавления или кристаллизации от состава, а также изучением равновесий жидкость - пар и жидкость - жидкость. Широко используют рентгеновский фазовый анализ, данные о микроструктуре затвердевших расплавов, измерения физ. св-в фаз (см. Диаграмма состав-свойство). Изучение Д. с. составляет осн. содержание физико-химического анализа. Однокомпонентные системы. Однокомпонентной системой является любое простое в-во или хим. соед., обладающее строго определенным составом в газообразном, жидком и твердом состояниях. Д. с. обычно строят на плоскости в координатах Т-р (рис. 1). Фазовые поля (области существования) пара V, жидкости L и твердой фазы S дивариантны, т.е. допускают одновременное изменение двух параметров состояния - Т и р.




№13. Понятие об упругой и пластической деформации металлов
Действие приложенные к металлу мех. нагрузки вызывают ее деформацию, которая бывает упругой и пластической. При упругой деформации происходит незначительное изменение в вмежатомном расстоянии кристаллической решетки металла, а также в его структуре и свойствах. Все эти изменения при сжатии деф. силы исчезают и кристаллы металла преобретают форму и размеры которые имели до деформации.

При пластичной диформации происходит необратимые изминения в межатомном расстоянии а также в его структуре и свойствах. После снятия нагрузки все эти изменения остаются.

При пласт. деф. смещение атомов больше межатомного расстояния. Пласт. деф. осуществляется скольжением и двойникованием. При пластич. диф. скольжении происходит смещение одной части металла относительно второй. При пласт. диф. двойникование одна часть кристалла смещается относительно другой на некоторый угол. Наибольшей пластичностью при деф. обладают металлы с ГЦК и ОЦК. В результате пластической деф. зерно металла деформируется, вытягивается вдоль действующей силы (вдоль линии течения металла).








№15.Рекристаллизация;первичная и вторичная ; рекристаллизационный отжиг
Величина зерна после рекрист. и ее влияние на структуру и свойства Ме. действие пластической деформация приводит Ме в структурно неустойчивое состояние. Вернуть Ме в структурно устойчивое состояние можно с помощью нагрева.. В результате нагрева в упрочнённом металле протекают два процесса: возврат и рекристаллизация, которые возвращают упрочненному металлу все его свойства до деформации, т.е :1-снятие искажения кристаллической решётке Ме; 2- зарождение и рост новых равноостных зёрен взамен старых деформируемых.
Процесс возврата протекает при t ниже 0,2ч0,3 t плавления Ме в результате которого :1-уменьшается количество точечных и линейных дефектов;2-снемаются искажения кристаллической решётки Ме .Структура и свойства упрочненного Ме при возврате изменяются не значительно .Поцес рекрестализации протекает при Т >0.4 t плавления Ме и состоит из 2-х процессов :первичный и вторичный (собирательной ).при первичной крестализации в результате нагрева упрочненного Ме происходит зарождение и рост мелких ровноостных зерен замен старых деформированных.

Вторичная рекристаллизация состоит в обьединении мелких ровноостных зерен полученных при первой рекристаллизации в более крупные. 2-я рекристаллизация нежелательна так как Ме с крупным зерном хрупок и плохо обрабатывается режущим инструментом .если необходимо быстро снять упрочнение Ме и искажение его кристаллической решетки назначают терм. Обр.- рекристаллизационный отжиг где t отжига >t рекристаллизации

№10 Д и а г р а м м ы п л а в к о с т и. Такие Д. с. служат для установления условий равновесия между твердыми и жидкими фазами. Рассмотрим их осн. типы. Простейший вариант соответствует случаю, когда компоненты А и В образуют одну жидкую фазу (расплав или р-р), при охлаждении к-рой только выделяются (кристаллизуются) индивидуальные в-ва (не образуются ни твердые р-ры, ни хим. соед.).

Рис. 2. Диаграмма плавкости двойной системы, компоненты к-рой А и В не образуют твердых р-ров. L - область существования жидкости (расплава), (L + SA) и (L + SB) области сосуществования жидкой фазы и твердых А и В соотв.; (SA + SB) область существования мех. смеси твердых А и В. ТАETВ и MEN - линии ликвидуса и солидуса соотв., E-эвтектич. точка. С, D, F, G, О и Q фигуративные точки (пояснения в тексте).
На Д. с. (рис. 2) линия, изображающая зависимость от состава т-ры начала выделения из жидкой фазы твердого компонента (начала равновесной кристаллизации), наз. линией ликвидуса. Она состоит из двух ветвей ТАЕ и ТВЕ, отграничивающих фазовое поле жидкости L от полей сосуществования жидкой фазы с твердыми А и В соотв. (поля L + SA и L + SB). Линия, изображающая зависимость от состава т-ры окончания равновесной кристаллизации при охлаждении (или начала плавления при нагр.), наз. линией солидуса. Ниже нее расположено фазовое поле SA + SB твердого состояния системы, отвечающее условиям сосуществования двух твердых фаз. Происходящие в системе фазовые изменения описываются след. образом. При охлаждении жидкой фазы, напр., из начального состояния С, фигуративная точка системы в целом движется вниз вдоль прямой CG. В точке ее пересечения с линией ликвидуса начинается кристаллизация компонента В, система становится двухфазной и дивариантной или, поскольку давление фиксировано, условно моновариантной.
Рис. 3. Диаграмма плавкости двойной системы эвтектич. типа с ограниченными твердыми р-рами. L, a и b - области существования жидкой фазы (расплав) и твердых р-ров В в А и А в В соотв.; (L + a) и (L + b) - области сосуществования жидкой фазы и твердых р-ров a и b соотв.; (a + b) - область сосуществования двух твердых р-ров. ТАЕТВ и MEN - линии ликвидуса и солидуса соотв., E - эвтектич. точка.

При охлаждении затвердевшей смеси ниже линии солидуса MN происходит изменение концентраций твердых р-ров a и b соотв. по линиям MF и NG, к-рые дают температурную зависимость растворимости в твердом состоянии В в А и А в В. 2) Равновесие при т-ре Тр, к-рая является промежуточной между т-рами плавления ТА и ТB. Если, напр., т-ра начала кристаллизации расплава с высоким содержанием А выше ТА (рис. 4), а с высоким содержанием В - ниже ТB, линия ликвидуса состоит из двух ветвей ТАР и ТВР, соответствующих кристаллизации твердых р-ров a и b.



Рис. 4. Диаграмма плавкости двойной системы перитектич. типа. Р - перитектич. точка, остальные обозначения те же, что и на рис. 3.
Эти ветви пересекаются в т. наз. перитектич. точке Р - фигуративной точке жидкой фазы, к-рая может равновесно сосуществовать одновременно с двумя твердыми р-рами a и b, составы к-рых определяются точками М и N. Линия солидуса состоит из трех ветвей: ТAМ, MN и NTB. При охлаждении двухфазной системы (L + b) до перитектич. т-ры Тр в системе появляется третья фаза - р-р a. При протекании перитектич. превращения (фазовой р-ции) жидкость (расплав) + твердый р-р b D твердый р-р a система моновариантна, или условно нонвариантна, т. е. при данном давлении равновесие возможно лишь при постоянных т-ре и составах каждой из фаз. Если после окончания перитектич. р-ции остается избыток жидкой фазы, система переходит в двухфазное поле (L + a). При дальнейшем охлаждении происходит кристаллизация твердого a-раствора. Послед. понижение т-ры (ниже линии МF) приводит к тому, что однородный твердый a-раствор становится неустойчивым и, распадаясь, выделяет нек-рое кол-во р-раствора, состав к-рого отвечает линии NG. Если после окончания перитектич. р-ции полностью исчезает жидкая фаза, система переходит в двухфазное поле a + b; по мере снижения т-ры составы a- и b-растворов изменяются в соответствии с ходом линий MF и NG. Возможны и др. трехфазные равновесия, напр., при наличии у одного из компонентов полиморфных модификаций, когда все три сосуществующие фазы являются твердыми. Полиморфная модификация g может участвовать в т. наз. эвтектоидном превращении g D a + b или в перитектоидном превращении g + a D b, в принципе аналогичных рассмотренным выше эвтектич. и перитектич. превращениям. При метатектическом превращении модификация g при охлаждении распадается на твердую и жидкую фазы: g D a + L. Третий тип диаграммы описывает состояния двойной системы, компоненты к-рой А и В образуют устойчивое хим. соед., к-рое не разлагается вплоть до т-ры плавления и переходит в жидкую фазу того же состава, т. е. плавится конгруэнтно.

Рис. 5. Диаграмма плавкости двойной системы, компоненты к-рой А и В образуют конгруэнтно плавящееся хим. соед. АmВn. D - сингулярный максимум, Е1 и Е2 - эвтектич. точки; остальные обозначения те же, что и на рис. 3 и 4.
В точке плавления, соответствующей стехиометрич. составу АmВn, на линии ликвидуса имеется сингулярный максимум (рис. 5); это значит, что линия D - АmВn разделяет систему на две подсистемы. На диаграмме максимуму отвечает излом (показан пунктиром на рис. 5). В каждой из подсистем взаимод. между компонентами, соотв. А и АmВn, В и АmВn, может быть представлено диаграммами эвтектич. или перитектич. (или любого другого) типа. Если соед. AmBn частично диссоциировано в жидкой фазе, максимум на кривой ликвидуса несколько сглажен в соответствии со степенью диссоциации. Если соед. АmВn диссоциирует и в твердом состоянии, то сглаженный максимум будет и на линии солидуса. Однако независимо от вида максимума, общий характер фазового равновесия в системе определяется характером взаимод. соед. АmВn с компонентами А и В.

Рис. 6. Диаграмма плавкости двойной системы, компоненты к-рой А и В образуют инконгруэнтно плавящееся хим. соед. АmВn, обозначения те же. что и на рис. 4 и 5.

Четвертый тип диаграмм. Компоненты А и В образуют хим. соед., разлагающееся ниже т-ры плавления (т. наз. инконгруэнтное плавление). Напр., при охлаждении жидкости (расплава) до нек-рой т-ры Тр (рис. 6) кристаллизуется только компонент В; при Тр происходит перитектич. р-ция с образованием хим. соед. АmВn в твердом состоянии, т. е. р-ция твердая фаза SВ + расплав перитектич. состава D твердая фаза SА(m)В(n). Если при этом в твердой фазе компонент В имеется в избытке, в результате перитектич. р-ции исчезает жидкая фаза и при дальнейшем охлаждении ниже Тр остается смесь двух твердых фаз SB и SА(m)B(n). Если же в твердой фазе компонента В недостает, в результате р-ции исчезают кристаллы В и жидкость при дальнейшем охлаждении выделяет кристаллы соед. АmВn, изменяя свой состав по линии ликвидуса РЕ. При т-ре ТЕ происходит эвтектич. кристаллизация AmBn и А. Возможны и др. варианты диаграммы. Описанные типы диаграмм плавкости могут усложняться из-за полиморфизма как компонентов А и В, так и соед. АmВn.
№16. Хрупкое и вязкое разрушение имеют разные виды разрушенной поверхности. Возможно обнаружить дефекты на этой поверхности. Дефекты в зонах растягивающих напряжений обычно - главный источник усталостных трещин.

Вязкость разрушения - это относительное повышение растягивающих напряжений в устье трещина при переходе ее от стабильной к не стабильной стадии роста. Вязкость разрушения тесно связана с показателями прочности материала увеличение прочности сопровождается снижением пластичности и вязкости разрушения. Это объясняется тем, что у высокопрочных материалов мала энергия, поглощаемая при разрушении уровень которой определяется величиной пластической деформации у вершины трещины.Вязкая трещина определяется относительным развитием нормально и наклонно участков разрушения. У достаточно толстых образцов с высоко развитой поверхность нормально разрушения вязкость разрушения приближается к предельному значению в условиях плоской деформации. Основным недостатком испытаний на вязкость разрушения в условиях плоской деформации является необходимость использования больших образцов при исследовании материалов средней и низкой прочности.Металлы в твердом состоянии и отчасти в жидком состоянии обладают высоко тепло - и электропроводностью, а также положительным температурным коэффициентом электросопротивления. Большое количество металлов обладает сверхпроводимостью, термоэлектронной эмиссией хорошей отражательной способностью. Устойчивость металла, представляющего собой иона - электронную решетку, определяется электрическим притяжением между положительно заряженными ионами и обобщенными электронами. Такое взаимодействие имеет название металлической связи.

№11 Диаграммы растворимости. При отсутствии в системе твердых фаз Д. с. состоит из области существования одной жидкой фазы (т. наз. области гомогенности) и области сосуществования двух насыщенных жидких р-ров разного состава, образующих несмешивающиеся друг с другом слои (рис. 7). Кривая, разделяющая эти области, наз. бинодалью. Так, при т-ре Т1 в равновесии находятся р-р компонента В в А (его состав отвечает точке С) и р-р А в В (его состав отвечает точке D). Если однородный р-р 1 охладить до т-ры Т1, он распадется на две жидкие фазы.

Рис. 7 Диаграмма растворимости двойной системы, компоненты к-рой А и В ограниченно растворимы друг в друге; 1 область существования однородного р-ра, 2 область сосуществования двух насыщенных р-ров; ECKDF - бинодаль, CD - нода, К -верхняя критич. точка растворимости.
Обычно при повышении т-ры взаимная растворимость жидкостей увеличивается, поэтому по своим св-вам оба насыщенных р-ра, составы к-рых изменяются по отрезкам бинодали ЕК и KF, сближаются. Наконец, при т-ре Tк различие между ними исчезает; эта т-ра наз. критической т-рой растворимости (смешения), выше нее может существовать лишь одна жидкая фаза. Большинство систем с расслоением р-ров характеризуются только одной критич. т-рой р-римости, чаще всего верхней, т. е. на Д. с. имеют незамкнутую снизу бинодаль. Если в таких системах не образуются хим. соед., область сосуществования двух жидких фаз ограничена снизу кривой кристаллизации одного из компонентов при т-ре превращения жидкая фаза 1 D жидкая фаза 2 + твердая фаза. Такое трехфазное равновесие наз. монотектическим; оно по своей термодинамич. природе аналогично эвтектическому или эвтектоидному. При синтектическом трехфазном равновесии две жидкие фазы взаимодействуют с образованием твердого соед. Такое равновесие аналогично перитектическому. В нек-рых системах бинодаль имеет форму замкнутой кривой (овал), т. е. система имеет две т-ры смешения верхнюю и нижнюю. Диаграмма равновесия жидкость-пар. При р = const каждому составу жидкой смеси отвечает определенная т-ра равновесия с паром и определенный состав пара, отличающийся, как правило, от состава жидкой смеси.
На Д. с. (рис. 8, а) кривые кипения и конденсации изображают зависимости т-р начала кипения и конденсации от состава и отделяют поля жидкости L и пара V от поля (L + V)гетерог. состояний жидкость-пар. На кривой кипения м. б. экстремум: максимум (рис. 8, б) или минимум (рис. 8, в); в этих точках кривая кипения касается кривой конденсации, т. е. составы равновесных жидкости и пара совпадают Жидкие смеси такого состава полностью выкипают, подобно чистым жидкостям, при постоянной т-ре без изменения состава (см. Азеотропные смеси). Д. с., описывающие равновесия двухкомпонентных твердых р-ров с жидкими р-рами и жидких р-ров с паром, подобны.

Рис. 8. Диаграммы состояния, двойной системы, описывающие равновесие жидкость - пар. L и V области существования жидкости и пара соотв.. (L + V) область сосуществования жидкой и паровой фаз; а система без азеотропной точки; б и в два типа азеотропных смесей



































№18. Технически чистое железо (низкоуглеродистая электротехническая сталь) содержит менее 0.05% углерода и минимальное количество примесей других элементов. Получается прямым восстановлением чистых руд, а также с применением электролитического или карбонильного процессов.
Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис. 1) на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства.
Сплошными линиями показана диаграмма состояния железо - цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита), а пунктирными - диаграмма состояния железо - графит {стабильная).
Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные. Основной компонент системы - железо.
Диаграмма состояния Fe - Fе3С (рис. 1) является комбинацией диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий: перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С). Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AHJECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус). В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого раствора и аустенита, а в области CFD - жидкого раствора и цементита. В точке С при содержании 4,3%С и температуре 1130°С происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь - ледебурит. Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С (чутуны). Точка Е- соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,0%С). На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны. Условия принятого разграничения - возможность образования ледебурита (предельная растворимость углерода в аустените): стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита; чугуны - более 2,14% С, содержат ледебурит. В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие названия: СТАЛИ : менее 0,83 - доэвтектоидные стали; 0,83 - эвтектоидные стали; 0,83...2 - заэвтектоидные стали; ЧУГУНЫ : 2...4,3 - доэвтектические чугуны; 4,3...6,67 - заэвтектические чугуны.

№12. Свойства сплавов. В металловедение различают три типа сплавов: твердый раствор, механическую смесь, химическое соединение. Если атомы входящие в состав сплава элементов незначительно отличаются строением и размером, они могут образовывать общую кристаллическую решетку, то такой сплав называется твердым раствором. Если каждый элемент сплава кристаллизуется самостоятельно, то это механическая смесь. Если элементы сплава химически взаимодействуют, образуя новое вещество, то такой сплав называют химическим соединением.Железо имеет четыре полиморфные модификации и переход из одной в другую происходит при критических температурах при охлаждении с выделением теплоты, а при нагревании с поглощением теплоты. Большое значение для практики имеет свойство y-Fe растворять до 2,14% углерода при температуре 1147°С с образованием твердого раствора и с внедрением атомов углерода в кристаллическую решетку.Твердый раствор углерода в y-Fe называется аустенитом, почти в 100 раз меньше углерода, может раствориться в a-Fe, причем твердые растворы углерода и других элементов в a-Fe называют ферритом. Кроме твердых растворов в железе в железоуглеродистых сплавах может быть химическое соединение железа с углеродом карбид железа Fe3C. Это соединение, называемое цементитом, со держит 6,67 % углерода, имеет сложное кристаллическое строение с плотно упакованной ромбической кристаллической решеткой В сплавах цементит является метастабильной фазой. Его темпера тура плавления равна примерно 1500°С.Феррит отличается мягкостью и пластичностью; его прочность сравнительно невысока предел прочности при растяжении 250 МПа, относительное удлинение 50%, твердость НВ составляет 800 МПа. Аустенит также имеет высокую пластичность, низкий предел прочности при растяжении. Твердость аустенита НВ 1700 2200 МПа. Цементит обладает низкой пластичностью, высокой твердостью НВ, равной 10 000 МПа, и хрупкостью.При охлаждении жидких сплавов сначала происходит кристаллизация, а затем после отвердения фазовые структурные превращения вследствие полиморфизма железа и изменения растворимости углерода в аустените и феррите. По содержанию углерода железоуглеродистые сплавы подразделяют на стали, содержащие до 2,14% углерода, и чугуны с содержанием углерода более 2,14 %. Принятая граница между сталями и чугунами соответствует наибольшей растворимости углерода в аустените.Стали после отвердения не содержат легкоплавкой эвтектики ледебурита, характерной для чугуна при содержании углерода 4,3 %. При высоком нагреве стали имеют структуру чистого аустенита. В зависимости от процентного содержания углерода желез-ноуглеродистые сплавы имеют следующие наименования:техническое железо (С < 0,02 %);доэвтектоидные стали (С = 0,02...0,8 %);эвтектоидные стали (С = 0,8 %);заэвтектоидные стали (С = 0,8... 2,14 %);доэвтектические чугуны (С = 2,14...4,3 %);эвтектика ледебурит (С = 4,3 );заэвтектические чугуны (С = 4,3...6,67 %).Сплавы железа с углеродом после окончания кристаллизации имеют различную структуру, но одинаковый фазовый состав; при температурах ниже 727 °С они состоят из феррита и цементита.
Механические свойства сплавов
Механические свойства сплавов определяли при статическом растяжении. Чувствительность к концентрации напряжений устанавливали по отношению предела прочности образца с надрезом к пределу прочности основного материала ( аав ). Механические свойства сплавов при 7 = 300 и 77 К
При температуре 300 К с увеличением содержания олова прочность сплавов монотонно увеличивается, причем разность между пределом прочности и пределом текучести у всех сплавов почти не изменяется. У сплавов с содержанием олова до 8% удлинение и сужение уменьшаются незначительно, тогда как у сплавов с большим содержанием олова наблюдается значительное уменьшение пластичности.
Химические свойства характеризуются способностью металлов и сплавов отдавать электроны при взаимодействии с другими веществами. При этом происходит окисление металлов. Следовательно, при всех химических взаимодействиях металлы являются восстановителями. По легкости отдачи электронов металлы располагаются в ряд активности: Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Sb, Bi, Ag, Pt, Au и т. д. Чем левее в ряду активности находится металл, тем легче он окисляется и труднее восстанавливается из своих ионов. Каждый металл, находящийся в ряду активности левее, вытесняет любой последующий из растворов его солей. При этом менее активный металл восстанавливается. Наиболее химически активные металлы и сплавы способны окисляться на воздухе при нормальных условиях и при нагревании. С повышением температуры особенно активно происходит окисление металлов. К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся: литейные, ковкость, или деформируемость, в горячем и холодном состоянии, свариваемость, прокаливаемость и об-рабатываемость резанием.




№14. Пластической называют такую деформацию, при которой после снятия внешней нагрузки тело не восстанавливает первоначальную геометрическую форму и размеры. Наклёп упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации, при температуре ниже температуры рекристаллизации. Пластичность это свойство металлов изменять под действием внешних сил свою форму без разрушения. Некоторые металлы и сплавы пластичны в холодном состоянии (свинец, алюминий), другие обладают хорошей пластичностью лишь в нагретом состоянии (сталь), третьи хрупки как в холодном, так и в нагретом состоянии (чугун)..При горячей обработке давлением свойства металлов улучшаются: происходит уплотнение металла, образуется мелкозернистая структура, более однородная, чем в литом металле. Одновременно металл получает волокнистое строение, что обусловливает его различные механические свойства вдоль и поперек волокон и является недостатком процесса горячей обработки металлов давлением. Температурный интервал горячей пластической деформации для металлов и сплавов различен. Например, ля углеродистой стали верхний предел нагрева в зависимости от марки равен 12001000° С, а нижний 850 900° С. Пластическая деформация металлов в теплом и холодном состоянии сопровождается его упрочнением. С увеличением степени деформации увеличивается сопротивление деформации.
Применяя отжиги между проходами при волочении, можно понизить прочность проволоки, однако при дальнейшем волочении прочность возрастает еще более интенсивно.





№20. Сталь-это сплав железа с углеродом,где углерода <2,14%. Кроме железа и углерода в стали содержаться случайные и постоянные примеси. Углерод сильно влияет на структуру и свойства стали.
Согласно диаграмме Fe-Fe3C
Стали с содержанием углерода с содержанием С-0,8% имеют структуру П=Ф
·+ЦII
C<0,8% имеют структуру Ф
·+П
С>0,8% имеют структуру ЦII+П Во всех выше приведенных структурных сталях содержится определенная доля цементита.Процентное содержание цементита в сталях изменяется пропорционально содержания в сталях углерода. Цементит повышает твердость и прочность сталей. С увеличением количества в сталях С(углерода), повышается их прочность, твердость и уменьшается их пластичность и вязкость.
К постоянным примесям в сталях относятся: Марганец(Mn-0,8%); Кремний(Si-0,5%); Фосфор(Р-0,05);
Сера(S-0,05%), а также газа (азот,кислород,водород).
Марганец и кремний относятся к полезным примесям, которые улучшают прочностные свойства стали.
Р,S-относятся к вредным примесям. Большое содержание в сталях (Р,S) делает сталь хрупкой и не пригодной для обработки резанием. Однако не в больших количествах (Р,S) улучшает обработку резанием.










№17 ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ Fe-C.

Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис. 1) на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства.
Сплошными линиями показана диаграмма состояния железо - цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита), а пунктирными - диаграмма состояния железо - графит {стабильная).
Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные. Основной компонент системы - железо.
Диаграмма состояния Fe - Fе3С (рис. 1) является комбинацией диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий: перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С). Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AHJECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус). В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого раствора и аустенита, а в области CFD - жидкого раствора и цементита. В точке С при содержании 4,3%С и температуре 1130°С происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь - ледебурит. Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С (чутуны). Точка Е- соответствует предельному насыщению железа углеродом (2,0%С). На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны. Условия принятого разграничения - возможность образования ледебурита (предельная растворимость углерода в аустените): стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита; чугуны - более 2,14% С, содержат ледебурит. В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие названия: СТАЛИ : менее 0,83 - доэвтектоидные стали; 0,83 - эвтектоидные стали; 0,83...2 - заэвтектоидные стали; ЧУГУНЫ : 2...4,3 - доэвтектические чугуны; 4,3...6,67 - заэвтектические чугуны.


№21 (22). Конструкционная сталь
Качественные конструкционные стали маркируются словом «Сталь» и двухзначным числом указывающее процентное содержание углерода в стали в сотых долях %.(Сталь45, 0,45%С).
Как конструкционные стали по процентному содержанию в них углерода подрозделяются на:
1.Низкоуглеродистые, с содержанием <=0,25%С(Сталь10..Сталь25)
2.Среднеуглеродистые, с содержанием от 0,3 до 0,5%С
3.Высокоуглеродистые, с содержанием от 0,6 до 0,85%С.
В высокоуглеродистых сталях-стали с содержанием С от 0,7-0,85 перекрывается инструментальными углеродистыими сталями.
Из низко углеродитых сталей изготавливают листы проволку и т.д.
Средне углеродистые изготавлшивают детали с высокой прочностью(оси,влы,шатуны и т.д.)
С высокоуглеродистых сталей изготавлшивают детали работаюшии при высокой нагрузки.Строительные конструкционные стали, применяются для изготовления металлических конструкций и сооружений, а также для арматуры железобетона. Капитальное строительство является вторым по масштабам после машиностроения потребителем стали. Строительные конструкционные стали применяют для изготовления металлоконструкций зданий, сооружений, мостов, кранов, вагонов, машин, эстакад, бункеров и т.п. Эти стали должны иметь определенное сочетание прочных и пластичных свойств, высокую вязкость, коррозионную стойкость, малую склонность к хрупким разрушениям, а также обладать хорошими технологическими свойствами:свариваемость, обрабатываемость, способность к гибке, плавке и т.д.
Механические конструкционные стали, предназначены для изготовления различных деталей машин, механизмов и отдельных видов изделий. В машиностроении потребляется около 40 % от производства в стране стали, и по числу марок конструкционные стали являются самыми многочисленными. В зависимости от условий эксплуатации, а они в отдельных машинах и механизмах сильно различаются, требования к сталям будут неодинаковые.

№23 Инструментальная сталь
Инструментальная качественная сталь подразделяется на углеродистую и легированную.Углеродистая инструментальная сталь изготовляется согласно ГОСТ 1435-74 . Стали этой группы маркируются буквой У и цифрой ,указывающей процентное содержание углерода в десятых долях %(У70,7%С, У121,2%С)
Иногда в конце марки стали ставится буква А указывающая ,что данная сталь очищена от вредных примесей.
Термообработка этих сталей –закалка--неполная+низкий отпуск.Структура этих сталей после отпуска –мартенсит отпуска.
Инструментальная сталь, углеродистая или легированная сталь для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, а также деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных динамических нагрузках (шарико- и роликоподшипники, зубчатые колёса, ходовые винты в высокоточных станках и др.). Стали У7 (доэвтектоидная ферритно-перлитная) и У8, У8А (эвтектоидные) наиболее пластичные из углеродистых инструментальных сталей. Они идут на производство молотков, стамесок, долот, зубил.Из сталей У 10, У11, У11А изготавливают резцы, сверла, метчики, фрезы, плитки и прочий мерительный и режущий инструмент для резания мягких материалов. Стали У12, У13, У13А используются для изготовления инструмента, работающего без ударных нагрузок (напильники, рашпили, бритвы).Инструментальная сталь имеет основные свойства, имеющие значение практически для всех видов инструментов являются: твердость, вязкость, износостойкость, теплостойкость, прокаливаемость. Кроме того, для некоторых видов инструмента большое значение имеют такие свойства, как теплопроводность, разгаростойкость, окалиностойкость, устойчивость против схватывания и налипания, некоторые механические свойства и др.
№24 Чугу
·н сплав железа с углеродом (содержанием более 2,14%). Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количеству цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок. Мировое производство чугуна в 2007 составило 953 млн тонн (в том числе в Китае 477 млн тонн).
Виды чугунов: Белый чугун.В белом чугуне весь углерод находится в виде цементита. Структура такого чугуна - перлит, ледебурит и цементит. Такое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома.Серый чугун.Серый чугун это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5%) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.Ковкий чугун.Ковкий xугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит.Высокопрочный чугун.Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.Половинчатый чугунВ половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8%) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна - перлит, ледебурит и пластинчатый графит.
№25 Чугун серый сплав железа с графитом, который присутствует в виде пластинчатого или волокнистого графита. Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Серые чугуны согласно ГОСТ 1412-85 маркируются двумя буквами – Сч(серые чугуны) и цифрой указывающей величину временного сопротивления на разрыв В 13 EMBED Equation.3 1415
Серые чугуны по структуре и свойствам подразделяются на ферритные(Cч10) и ферлитно-перлитные(Cч15,Cч18 и т.д.). Из серых ферритных чугунов изготавливают отливки для неответственных деталей, а именно строительный молот, фундаментные плиты и т.д.
Ф-П чугуны используют для изготовления станков, блоков автомобилей и тракторов.
Перлитные серые чугуны Cч21, Cч24, Cч30, Cч35 0,8%С. Из этих чугунов изготавливают отливки для ответственных деталей, а именно поршни, цилиндры, работающие на износ в условиях повышенного давления.
.

№26. К специальным чугунам относятся высокопрочные и ковкие чугуны. Высокопрочные чугуны получают путем введения в жидкий чугун магния, который способствует образованию графита в виде шариков. По структуре металлической основы высокопрочные чугуны подразделяются на: 1)Ферритные; 2)Ферритно-перлитные; 3)Перлитные. «Вч»высокопрочный чугун. Вч–36 – 13 EMBED Equation.3 1415. Иногда по старым ГОСТам, после букв «Вч» ставится цифра через «–». Вч365 – величина относительного удлинения в %. Вч идут на изготовление коленчатых валов, тормозных колодок.
Ковкий чугун получают путем длительного графитизирующего отжига белого доэвтектического чугуна. В результате изотермической выдержки при отжиге происходит переход цементита в графит (хлопьевидный). По структуре металлической основы ковкие чугуны такие же как и «Вч». Маркировка«Кч» – ковкий чугун. Кч56–6. 56–величина предела прочности при растяжении в 13 EMBED Equation.3 1415; 6–величина относительного удлинения в %. Изготавливают фланцы, втулки, коленвалы и др. Ковкий чугун не куется в силу своей большой пластичности. Ко
·вкий чугу
·н условное название мягкого и вязкого чугуна, получаемого из белого чугуна отливкой и дальнейшей термической обработкой. Используется длительный отжиг, в результате которого происходит распад цементита с образованием графита, то есть процесс графитизации, и поэтому такой отжиг называют графитизирующим.
№27. К специальным чугунам относятся высокопрочные и ковкие чугуны. Высокопрочные чугуны получают путем введения в жидкий чугун магния, который способствует образованию графита в виде шариков. По структуре металлической основы высокопрочные чугуны подразделяются на: 1)Ферритные; 2)Ферритно-перлитные; 3)Перлитные. «Вч»высокопрочный чугун. Вч–36 – 13 EMBED Equation.3 1415. Иногда по старым ГОСТам, после букв «Вч» ставится цифра через «–». Вч365 – величина относительного удлинения в %. Вч идут на изготовление коленчатых валов, тормозных колодок.
Ковкий чугун получают путем длительного графитизирующего отжига белого доэвтектического чугуна. В результате изотермической выдержки при отжиге происходит переход цементита в графит (хлопьевидный). По структуре металлической основы ковкие чугуны такие же как и «Вч». Маркировка«Кч» – ковкий чугун. Кч56–6. 56–величина предела прочности при растяжении в 13 EMBED Equation.3 1415; 6–величина относительного удлинения в %. Изготавливают фланцы, втулки, коленвалы и др. Ковкий чугун не куется в силу своей большой пластичности. Высокопрочный чугун чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы.
Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объему, что определяет наибольшую сплошность металлической основы, а, следовательно, и прочность чугуна. Изделия и трубы из Высокопрочного чугуна отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами. Высокопрочный чугун - чугун, в котором углерод присутствует в виде шарообразного графита.
№28 Улучшение - термообработка стали, состоящая из закалки и высокого отпуска. Стали, которые можно подвергать улучшению, называются улучшаемыми (0.3-0.6% С). Структура, получаемая в результате улучшения: сорбит. Виды термической обработки
Среди основных видов термической обработки следует отметить:
Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.
Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.
Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.
Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.

№29 Процесс превращения перлита в аустенит протекает путем зарождения в перлите многочисленных зерен аустенита и последующего их роста. Процесс заканчивается, когда зерна аустенита полностью заполняют объем исходного перлитного зерна (см.рис.4). Размер образовавшихся аустенитных зерен (начальное зерно аустенита) будет намного меньше исходного перлитного зерна.
При дальнейшем повышении температуры зерна аустенита растут путем перемещения границ, а число зерен естественно уменьшается.
Склонность к росту зерна аустенита при нагреве у разных сталей различна. Если сталь содержит в своем составе только Si и Mn, то зерно начинает расти уже при сравнительно невысоких температурах 800 – 9000.



№30 Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении







































































№34 Превращения аустенита при непрерывном охлаждении
Влияние непрерывного охлаждения на превращение аустенита можно проследить путем наложения кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита . Из рассмотрения этих зависимостей видно, что с повышением скорости охлаждения понижается степень переохлаждения аустенита и соответственно тем дисперснее образуется феррито-цементитная структура.
Можно считать, что при небольшой скорости охлаждения v1 образуется перлитная структура, при бльшей скорости v2 сорбитная структура и при еще большей скорости трооститная структура. Бейнитная структура при непрерывном охлаждении углеродистой стали обычно не образуется. При очень высоких скоростях (v4, vR, v5) часть аустенита или весь аустенит переохлаждается до точки Мн и превращается либо частично (при v4), либо полностью в мартенсит. Минимальную скорость охлаждения, при которой весь переохлажденный до Мн аустенит превращается в мартенсит, называют критической скоростью охлаждения (закалки) (vR).
Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки (800–200 °С/с). Наименьшей критической скоростью обладает эвтектоидная сталь. При введении в сталь 1 % С, 1 % Сr критическая скорость закалки уменьшается в 3 раза, а при введении 0,4 % Mo критическая скорость закалки снижается с 200 до 50 °С/с. Очень сильно снижают критическую скорость закалки марганец, никель. Кобальт единственный легирующий элемент, понижающий устойчивость аустенита и соответственно повышающий критическую скорость закалки. У многих легированных сталей критическая скорость закалки не превышает 20 °С/с.


№31 Рост аустенитного зерна







































































№35 . Закалка распространенный процесс термической обработки стальных деталей. Она осуществляется путем нагрева деталей выше критической точки Ас3 (доэвтектоидной стали) или Ас1 (заэвтектоидной стали) на 3050° С, выдержки при этой температуре и быстрого охлаждения. Основная цель закалки стали получение высокой твердости, износостойкости и физико-механических свойств.
Резкое увеличение твердости и прочности в процессе закалки происходит из-за фазовых превращений структуры в процессе нагрева и охлаждения и образования неравновесных твердых структурмартенсита, троостита и сорбита.
Температура нагрева под закалку зависит от химического состава стали. Для углеродистых сталей ее выбирают, пользуясь диаграммой состояния сплавов. Цель закалки стали – улучшение свойств стали. Закаленная сталь имеет неравновесную структуру мартенсита, троостита или сорбита. Чаще всего, при закалке, сталь резко охлаждают на мартенсит. Смягчают действие закалки процессом отпуска. Отпуск - нагрев стали до температуры ниже точки А1. При отпуске структура стали из мартенсита закалки переходит в мартенсит отпуска, троостит отпуска или сорбит отпуска. Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла выше температур фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного состояния, называется закалкой с полиморфным превращением. Этот вид закалки характерен для сплавов железа с углеродом (стали). После закалки в стали образуется структура пересыщенного твердого раствора углерода в a -железе, которая называется мартенситом.Термическая обработка, представляющая собой нагрев закаленного сплава ниже температур фазовых превращений (ниже АС1) для приближения его структуры к более устойчивому состоянию, называется отпуском. Отпуск является операцией, проводимой после закалки стали
№32 превращение переохлажденного аустенита






































































№36 Отжиг вид термической обработки металлов и сплавов, главным образом сталей и чугунов, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении. При отжиге осуществляются процессы возврата (отдыха металлов), рекристаллизации и гомогенизации. Цели отжига снижение твёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение Различают отжиг 1-ого рода и отжиг 2-ого рода.Отжиг 1-ого рода включает процессы гомогенизации, рекристаллизации, снижение твердости и остаточных напряжений. Цель отжига 1-ого рода – устранение физ-ой и хим-ой неоднородности, вызванной предшествующей механической обработкой.Отжиг 2-ого рода заключается в нагреве исходной структуры стали на 30-500 выше критической точки АС1 или АС3, выдержки при этой температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. Различают отжиг полный неполный и изотермический. Полный отжиг применяют только для доэвтектоидных сталей, который заключается в нагреве исходной структуры стали на 30-500 выше критической точки АС3, выдержки при этой температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. Структура доэвтектоидной стали при полном отжиге П+Ф. Неполный отжиг заключается в нагреве исходной структуры стали на 30-500 выше критической точки АС1 , выдержки при этой температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью.
Структура: доэвтектоидной П+Ф; эвтектоидной П ; заэвтектоидной П+Ц11
tотжиг полный=АС3+(30-500).
tотжиг неполный=АС1+(30-500).
Цель: устранение остаточных напряжений.

№33 При понижении температуры ниже А1 происходит распад аустенита на феррит и цементит. Этот процесс идет по разному в доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоидных сталях, но сущность его одна
А ® Ф+Ц
Процесс распада аустента на феррит и цементит носит диффузионный
характер, так как сопровождается перемещением атомов углерода на сравнительно большие расстояния. Естественно, для этого требуется определенное время, и дисперсность продуктов распада будет зависеть от степени переохлаждения или скорости охлаждения.
Рассмотрим процесс распада аустенита на примере эвтектоидной стали. Это превращение состоит из трех этапов:
1. Перегруппировка атомов из решетки аустенита (ГЦК) в решетку феррита (ОЦК);
2. Выделение мельчайших частичек цементита;
3. Рост частиц цементита пластинчатой формы в феррите
Таким образом, при медленном охлаждении эвтектоидной стали формируется структура пластинчатого перлита. Увеличение скорости охлаждения приводит к понижению критических точек по сравнению с равновесной диаграммой - распад аустенита будет происходить не при температуре 7230, а несколько ниже. При этом скорость диффузии уменьшается, частички цементита не успевают вырасти, твердость повышается. Структуры с более мелкими частичками цементита (по сравнению с цементитом перлита) называются сорбитом и троститом. Условия образования продуктов распада аустенита и их свойства условно можно представить в следующем виде.





































№37 Нормализация (в промышленности) вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве её выше верхней критической точки, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на спокойном воздухе с целью придание металлу однородной мелкозернистой структуры (не достигнутой при предыдущих процессах литье, ковке или прокатке) и как следствие повышение его механических свойств (пластичности и ударной вязкости). Нормализация – разновидность отжига, закл. в нагреве исходной структуры стали на 4050
· C выше критической точки 13 EMBED Equation.3 1415 (для доэвтектоидных сталей), или на 4050
·С выше критической точки 13 EMBED Equation.3 1415 (для заэвтектоидной стали), выдержки при этой температуре с последующим охлаждением на спокойном воздухе. Структура за-, до- и эвтектоидной стали – сарбит. Применяется для полной фазовой перекристаллизации исходной структуры стали и устранения крупнозернистой её структуры. t = (40-50
·C) + 13 EMBED Equation.3 1415 или t = (40-50
· C) + 13 EMBED Equation.3 1415

№38 Зака
·лка вид термической обработки изделий из металлов и сплавов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т.е. полиморфного превращения), с последующим быстрым охлаждением, как правило, в жидкости (воде или масле).Различают закалку с полиморфным превращением, для сталей, и закалку без полиморфного превращения, для большинства цветных металлов.Материал, подвергшийся закалке приобретает бо
·льшую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твердости и прочности материала.
Цель охлаждения при закалке-получение мартенситной структуры в приделах заданного сечения изделия.Для получения мартенситной структуры желательно высокая скорость охлаждения в интервале температур перлитного и промежуточного преврашения и медленная в интервале температур мартенситного преврашения,воизбежании сильных напряжений внутри металла преводяших к возникновению трешин.К охлаждаюшим средствам относятся вода,масло,холодные 8-12% водные растворы щелочей(NaOH) и солей. Вода как охлаждаюшая среда имеет недостаток-высокая скорость охлаждения в интервале температуры мартенситного превращения которые приводят к образованию заколённых трешин.Наиболее высокой и равномерной скоростью преврашения обладают водные растворы.Вода, водные растворы солей щелочей применяются при закалке углеродистых легированных стале. Масло как охлаждаюшая среда имеет не высокую скорость охлаждения в интервале температур мартенситного преврашения,что предупреждает появление закалочных трешин. Недостаток-воспламеняемость. Масло как охлаждаюшая жидкость применяется при закалке легированной стали.
№39 Превращение мартенсита Нагрев закаленной стали до температур, лежащих ниже Ас у, называется отпуском.
Распад мартенсита (первое превращение при отпуске). Ниже 60.. .80 °С распад мартенсита и аустенита протекает с незначительной скоростью и в небольшой степени. В интервале 80.. .200 °С распад мартенсита идет достаточно интенсивно, из ос-раствора (мартенсита) выделяется углерод, при этом образуются дисперсные частицы карбида железа. При низких температурах отпуска в мартенсите средне- и высокоуглеродистой стали образуется е-карбид с гексагональной решеткой (вероятно, Fe2C), а в мартенсите низкоуглеродистой стали цементит Fe3C
Структура, получающаяся в результате отпуска при температурах ниже 350 °С, называется мартенситом отпуска. Он представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в а-железе, в котором присутствуют дисперсные кристаллы карбидов, имеющих форму пластин.
Превращение остаточного аустенита (второе превращение при отпуске). При 200...350 °С происходит превращение остаточного аустенита в структуру, аналогичную образующейся при распаде мартенсита при тех же температурах и продолжительности нагрева. Эта структура получила название нижний бейнит.
Третье превращение. При 350...450 °С происходит полное завершение процесса выделения углерода из а-раствора (мартенсита) и соответственно уменьшение плотности дефектов строения в этой фазе. Кроме того, происходит рост частиц карбидов. Следовательно, сталь после отпуска при 350...450 °С состоит из кристаллов сс-твердого раствора и находящихся в них мелкодисперсных частиц цементита такую структуру называют троос-титом отпуска.

№40 О
·тпуск технологический процесс, заключающийся в термической обработке закалённого на мартенсит сплава или металла, при которой основными процессами являются распад мартенсита, а также полигонизация и рекристаллизация.
Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности. Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150°C-260°C до 370°C-650°C с последующим медленным остыванием.
Низкотемпературный отпуск.Проводят при температурах до 250 °С. Закалённая сталь сохраняет высокую износостойкость, однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдержит высоких динамических нагрузок. Такому отпуску подвергают режущие и измерительные инструменты из углеродистых и низколегированных сталей.Среднетемпературный отпуск.Проводят при температурах 350-500 °С и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости, а также релаксационную стойкость. Охлаждение после отпуска проводят при температурах 400-500 °С в воде, после чего возникают сжимающие остаточные напряжения, которые увеличивают предел выносливости пружин.Высокотемпературный отпуск.Проводят при температурах 500680 °С. При этом остается высокая прочность и пластичность, а также максимальная вязкость. Высокому отпуску подвергают детали, воспринимающие ударные нагрузки (зубчатые колеса, валы).
Стадийность.Общий принцип: Сначала заканчивается распад мартенсита, а затем начинается полигонизация и рекристаллизация. В зависимости от соотношения стадий различают:низкий отпуск распад идет незначительно;средний отпуск распад заканчивается, полигонизация не начинается;
высокий отпуск идет полигонизация или рекристаллизация.Улучшение - термообработка стали, состоящая из закалки и высокого отпуска. Стали, которые можно подвергать улучшению, называются улучшаемыми (0.3-0.6% С). Структура, получаемая в результате улучшения: сорбит.
№42 Мартенсит микроструктура игольчатого вида, наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и чистых металлах, которым свойствен полиморфизм. Мартенсит основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в
·-железе такой же концентрации, как и исходного аустенита. Мартенситной структуре соответствует наиболее высокая твёрдость стали. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса.Образование.Физический механизм образования мартенсита принципиально отличается от механизма других процессов, происходящих в стали при нагреве и охлаждении. Другие процессы диффузионны, то есть атомы перемещаются с малой скоростью, например, при медленном охлаждении аустенита создаются зародыши кристаллов феррита и цементита, к ним в результате диффузии пристраиваются дополнительные атомы и, наконец, весь объём приобретает перлитную или феррито-перлитную структуру. Мартенситное превращение бездиффузионно, атомы перемещаются с большой скоростью по сдвиговому механизму, скорость распространения составляет тысячи метров в секунду.Структура и свойства.Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.При нагреве сталей с мартенситной структурой происходит диффузионное перераспределение атомов углерода. В стали возникают две фазы феррит, содержащий очень мало углерода (до 0,03 %) и цементит (6,67 % углерода). Элементарная ячейка цементита имеет форму прямоугольного параллелепипеда.Кристаллическая решётка мартенсита связана постоянными кристаллографическими соотношениями с решёткой исходной структуры аустенита, то есть плоскости с определёнными кристаллографическими индексами в структуре мартенсита параллельны плоскостям с определёнными индексами в структуре аустенита. Соотношение между кристаллографическими направлениями в решётках мартенсита и аустенита аналогично.


























№43 Мартенсит микроструктура игольчатого вида, наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и чистых металлах, которым свойствен полиморфизм. Мартенсит основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в
·-железе такой же концентрации, как и исходного аустенита. Мартенситной структуре соответствует наиболее высокая твёрдость стали. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса.Образование.Физический механизм образования мартенсита принципиально отличается от механизма других процессов, происходящих в стали при нагреве и охлаждении. Другие процессы диффузионны, то есть атомы перемещаются с малой скоростью, например, при медленном охлаждении аустенита создаются зародыши кристаллов феррита и цементита, к ним в результате диффузии пристраиваются дополнительные атомы и, наконец, весь объём приобретает перлитную или феррито-перлитную структуру. Мартенситное превращение бездиффузионно, атомы перемещаются с большой скоростью по сдвиговому механизму, скорость распространения составляет тысячи метров в секунду.Структура и свойства.Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.При нагреве сталей с мартенситной структурой происходит диффузионное перераспределение атомов углерода. В стали возникают две фазы феррит, содержащий очень мало углерода (до 0,03 %) и цементит (6,67 % углерода). Элементарная ячейка цементита имеет форму прямоугольного параллелепипеда.Кристаллическая решётка мартенсита связана постоянными кристаллографическими соотношениями с решёткой исходной структуры аустенита, то есть плоскости с определёнными кристаллографическими индексами в структуре мартенсита параллельны плоскостям с определёнными индексами в структуре аустенита. Соотношение между кристаллографическими направлениями в решётках мартенсита и аустенита аналогично.

























№46 Химико-термической обработкой называется процесс поверхностного насыщения стали различными элементами, путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико-термической обработки-поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенной температурах.
К химико-термической обработке стали относятся цементация, азотирование, цианирование и диффузионная металлизация.
При всех видах химико-термической обработки изменяют химический состав поверхностного слоя стали, после чего производят термическую обработку изделия.
Цементация заключается в насыщении поверхностного слоя углеродом и последующей закалке Цементацию применяют для повышения твердости по верхности инструментов и деталей, к которым предъявляют высокие требования по ударной вязкости.
Изделия из стали с содержанием углерода менее 0,25% нагревают до температуры 900..950С в среде, содержащей углерод.
Наиболее современный способ цементациигазова цементацияпредусматривает нагрев детали в смеси газа метана СН.»и оксида углерода СО. При нагреве из оксида углерода и метана выделяется углерод, который проникает в поверхностный слой детали на глубине 1.. 2 мм. Содержание углерода в поверхностных слоя стали достигает 0,8.. 1,2%, а основная часть содержит менее 0,25%. Закаляя затем деталь, получают в ее поверхностных слоях структуру закаленной стали, а внутренние слои со структурой мягкой стали закалки не принимают. Таким образом, поверхность детали обладает повышенной твердостью (до HRC 63) и в то же время за счет высокой пластичности основного металла хорошо воспринимает ударные нагрузки.


























№43 Способы закалки
В зависимости от формы изделия, марки стали и нужного комплекса свойств применяют различные способы закалки. На рис. 3 приведены кривые охлаждения, соответствующие разным способам закалки, нанесенные на диаграмму изотермического превращения аустенита. Закалку в одном охладителе (рис. 3, скорость V3) применяют для деталей простой формы. Нагретую до температуры закалки деталь быстро переносят в охладитель, которым может быть вода, масло и др. Недостаток этого способа закалки заключается в том, что вследствие неравномерного охлаждения по сечению в детали возникают большие термические напряжения. Прерывистую закалку или закалку в двух средах (рис. 3, скорость V4) используют для деталей более сложной формы. В этом случае нагретую деталь вначале опускают в воду, а затем переносят для окончательного охлаждения в масло (закалка через воду в масло). Уменьшая скорость охлаждения в области мартенситного превращения, тем самым стремятся уменьшить структурные напряжения. Этот способ часто используют при закалке инструментов из углеродистой стали. Однако точное время пребывания детали в каждой из сред определить трудно.
Ступенчатая закалка (рис. 3, скорость V5) по сравнению с предыдущими способами является более совершенной. Нагретую до температуры закалки деталь быстро переносят в охладитель, имеющий температуру на 30-50 °С выше мартенситной точки, и выдерживают в течение времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению изделия. Время изотермической выдержки должно быть меньше времени устойчивости аустенита при этой температуре. После изотермической выдержки (в расплаве солей или металлов) деталь охлаждают с небольшой скоростью, что способствует уменьшению закалочных напряжений. Этот способ применим только для закалки небольших деталей, имеющих диаметр 10-30 мм. Дефекты закалки стали.Главная причина трещин и поводки – неравномерное изменение объема детали при нагреве и, особенно, при резком охлаждении. Другая причина – увеличение объема при закалке на мартенсит. Трещины возникают потому, что напряжения при неравномерном изменении объема в отдельных местах детали превышают прочность металла в этих местах. Лучшим способом уменьшения напряжений является медленное охлаждение около температуры мартенситного превращения. При конструировании деталей необходимо учитывать, что наличие острых углов и резких изменений сечения увеличивает внутреннее напряжение при закалке.

№47 Легированными наз. стали , в которые специально вводят определенные хим. элементы с целью получения особых св-в стали. Вводимые с этой целью хим. эл-ты наз-ся лигирующими. Наиболее распространенными легирующими элементами явл-ся хром, никель, кобальт, молебден, кремний, марганец, вольфрам, ванадий и др. В зависимости от наличия в стали лигирующих элементов стали подразделяются на хромистые, хромо-никеливые, хромо-никель-молибденовые. Введение в сталь различных лигирующих элементов в различных количествах обеспечивают стали иногда специально резко выраженных св-в. В зависимости от этих св-в стали бывают нержавеющие (коррозионностойкие), жаропрочные, криогенные, изностойчивые, магнитные. Маркируются лигированные стали буквами и цифрами. Буквами обозначаются легирующих элементы (хром-Х, никель-Н) и тд. Цифрами обозначаются кол-во в стали (в %) содержания легирующих элементов и углерода. При этом число, стоящее в начале марки(первые цифры) определяет содержание в стали углерода (двухзначное число – в сотых долях процента, однозначное – в десятых долях процента). Числа, следующие после символа легирующего элемента, указывают содержание этого элемента в целых процентах, отсуствие числа после символа легирующего элемента означает его содержание около 1%. Буква «А» в конце марки означает, что сталь высококачественная (имеет пониженное содержание вредных примесей фосфора, серы и др.). Например: 12Х18Н10Т:
0,12%-углерода, 18%- хрома, 10%- никеля, около 1% титана.
2Х13А: углерода-0,2%, хрома-13%, А-высококачественная

























№44 Закаливаемость и прокаливаемость стали.
Под закаливаемостью понимают способность стали повышать твердость в результате закалки. Закаливаемость стали определяется в основном содержанием в стали углерода. Чем больше в мартенсите углерода, тем выше его твердость.
Под прокаливаемостью понимают способность стали получать закаленный слой с мартенситной или троосто-мартенситной структурой и высокой твердостью на ту или иную глубину. Прокаливаемость определяется критической скоростью охлаждения, зависящей от состава стали (аустенита). Если действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия будет превышать критическую скорость закалки (VKp), то сталь получит мартенситную структуру по всему сечению и будет иметь сквозную прокаливаемость. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия будет меньше УКр,.то изделие прокалится только на некоторую глубину и прокаливаемость будет неполной. В этом случае в сердцевине произойдет распад аустенита с образованием пластинчатой ферритокарбидной структуры (троостита, сорбита или перлита).
За глубину закаленного слоя условно принимают расстояние от поверхности до полумартенситной зоны (50% мартенсита + 50% троостита).
Прокаливаемость стали тем выше, чем меньше критическая скорость закалки. Поэтому все факторы, уменьшающие критическую скорость закалки (повышающие устойчивость переохлажденного аустенита), увеличивают прокаливаемость. Сильно повышает прокаливаемость легирование марганцем, молибденом, никелем, малыми добавками бора (0,0030,005%). Прокаливаемость особенно возрастает при одновременном введении в сталь нескольких легирующих элементов, например хрома и никеля.






























№48 Легированными наз. стали , в которые специально вводят определенные хим. элементы с целью получения особых св-в стали. Вводимые с этой целью хим. эл-ты наз-ся лигирующими. Наиболее распространенными легирующими элементами явл-ся хром, никель, кобальт, молебден, кремний, марганец, вольфрам, ванадий и др. В зависимости от наличия в стали лигирующих элементов стали подразделяются на хромистые, хромо-никеливые, хромо-никель-молибденовые. Введение в сталь различных лигирующих элементов в различных количествах обеспечивают стали иногда специально резко выраженных св-в. В зависимости от этих св-в стали бывают нержавеющие (коррозионностойкие), жаропрочные, криогенные, изностойчивые, магнитные. Маркируются лигированные стали буквами и цифрами. Буквами обозначаются легирующих элементы (хром-Х, никель-Н) и тд. Цифрами обозначаются кол-во в стали (в %) содержания легирующих элементов и углерода. При этом число, стоящее в начале марки(первые цифры) определяет содержание в стали углерода (двухзначное число – в сотых долях процента, однозначное – в десятых долях процента). Числа, следующие после символа легирующего элемента, указывают содержание этого элемента в целых процентах, отсуствие числа после символа легирующего элемента означает его содержание около 1%. Буква «А» в конце марки означает, что сталь высококачественная (имеет пониженное содержание вредных примесей фосфора, серы и др.). Например: 12Х18Н10Т:
0,12%-углерода, 18%- хрома, 10%- никеля, около 1% титана.
2Х13А: углерода-0,2%, хрома-13%, А-высококачественная

























№45 ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА. Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше АС3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Высокая скорость высокочастотного нагрева (сотни градусов в секунду) обусловливает смещение фазовых превращений в область более высоких температур. Следовательно, температура высокочастотной закалки должна быть выше температуры закалки при обычном печном нагреве и тем выше, чем выше скорость нагрева, грубее выделения избыточного феррита в доэвтектоидных сталях. Нагрев под поверхностную закалку может быть произведен токами высокой частоты (ТВЧ) наиболее распространенный метод или в расплавах металлов или солей, пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок, лазерным излучением.При проведении поверхностной закалки, в основном, различают два способа термической обработки общая закалка всей поверхности и линейная закалка. В первом случае вся закаливаемая поверхность нагревается одновременно и быстро охлаждается, во втором нагрев поверхности осуществляется поэтапно с помощью мобильного нагревательного устройства и охлаждается непосредственно за ним следующим спреером душевым устройством. Закалка всей поверхности может осуществляться одним из следующих способов:· стационарная закалка изделие и нагревательное устройство неподвижны. · маятниковая закалка при неподвижном или вращающемся изделии нагревательное устройство совершает возвратно-поступательное движение. Применима для плоских и криволинейных поверхностей малой протяженности зубчатых венцов, цилидрических поверхностей ограниченных размеров.Поверхностная закалка ТВЧ (токами высокой частоты), предложенная профессором В. П. Вологдиным (1934 г) является одним из самых эффективных методов термической обработки металлов. По сравнению с обычными методами закалки поверхностная закалка (Т.В.Ч.) имеет следующие преимущества:
1)Возможность получения закаленного слоя любой глубины.
2)Высокая производительность.3)Получение высокой твердости.4)Почти полное или полное отсутствие окалины и коробления.5)Возможность закалки любых поверхностей и деталей различной конфигурации.6)Возможность полной автоматизации процесса закалки.

























№49 Цементуемые конструкционные легированные стали
Для деталей машин, подвергаемых сильному износу, ударам и действию высоких переменных напряжений, требуется конструкционная легированная сталь с высокой поверхностной твердостью, например, HRC 5862 и выше, при вязкой и достаточно прочной сердцевине с твердостью HRC 30 и выше и поверхностными остаточными напряжениями сжатия, например выше 60 кГ/мм2 (588 Мм/л*2).
Всем этим условиям и удовлетворяют низкоуглеродистые легированные стали, подвергаемые цементации или нитроцементации с последующей закалкой и низкотемпературным отпуском.
Многочисленные исследования прокаливаемости различных плавок цементуемой легированной конструкционной стали торцовым методом и полосы прокаливаемости, полученные по данным массовых испытаний, обнаружили, что, за исключением марки 20Х, стали, перечисленные в табл. 20, отличаются достаточной для многих целей прокаливаемостью. Хромомарганцемолибденовая сталь 25ХГМ отличается хорошей прокаливаемостью и применяется для ответственных деталей. По экономическим соображениям в тех случаях, когда ее можно заменить сталью с более доступными легирующими элементами, применять ее не следует.Хромоникелевая сталь 12ХНЗ отличается хорошей прокаливаемостью. Недостатком стали 12ХНЗ, как и всякой стали с высоким содержанием никеля, является ее плохая обрабатываемость режущим инструментом. Эту обрабатываемость можно улучшить нормализацией при высокой температуре с последующим высоким отпуском или изотермическим отжигом. Хромоникелевая сталь обладает сильно выраженной отпускной хрупкостью, устранение которой требует быстрого охлаждения после высокого отпуска.



















№50 Улучшаемые конструкционные легированные стали
Улучшаемые конструкционные легированные стали содержат от 0,30 до 0,45% углерода и обычно подвергаются закалке с высоким отпуском. В результате происходит «улучшение», т. е. повышение их механических свойств прочности и пластичности.
Если для крупных деталей машин требуется сквозная прокали-ваемость, то применяют стали с повышенным содержанием легирующих элементов: хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама и с присадками бора.
Механические свойства улучшаемых конструкционных легированных сталей в значительной мере определяются температурой отпуска. И здесь чрезвычайно важной их характеристикой, особенно при действии высоких переменных напряжений и ударной нагрузки у деталей машин с концентраторами напряжений, является температура перехода их в хрупкое состояние. Весьма ценным являются здесь механические испытания не только гладких, но и надрезанных образцов и целых деталей.Очень выгодно улучшаемые конструкционные легированные стали подвергать изотермической закалке, которая создает в изделиях бейнитную структуру, отличающуюся высокой прочностью и ударной вязкостью. Марганцовистые конструкционные стали 40Г2 по ГОСТ 4543-61 или стали углеродистые с повышенным содержанием марганца, содержащие 0,701,00% Мп, даже без закалки и отпуска (в состоянии проката) или после нормализации имеют тонкое строение перлита и повышенную в сравнении с углеродистой сталью прочность, упругость и твердость. Хорошая прокаливаемость марганцовистых конструкционных сталей позволяет изготовлять из них детали с высокой прочностью, вязкостью и сопротивляемостью износу. Марганцовистая сталь хорошо поддается обработке режущим инструментом, а также штамповке в холодном состоянии.Недостаток марганцовистых сталей их природная крупнозер-нистость, склонность к образованию повышенных внутренних напряжений после закалки, а следовательно, к короблению и появлению трещин. Выплавкой природно мелкозернистой стали с добавкой небольших количеств алюминия и легированием 0,1% Ti и 0,5% Сг можно значительно понизить склонность марганцовистой стали к -указанным дефектам. Высококачественная хромоникелемолибденовая сталь 40ХНМА имеет очень высокую прокаливаемость благодаря большой устойчивости у нее аустенита, при этом наличие молибдена препятствует созданию отпускной хрупкости.


















№51 Рессорно-пружинные легированные стали
Кроме углеродистых сталей марок 65, 70, 75, 85 и углеродистой стали с повышенным содержанием марганца 65Г, для пружин и рессор широко применяют специальные легированные стали.От этих сталей в изделиях требуются высокие упругие свойства, т. е. предел упругости (текучести), следовательно, соотношение у них между пределом текучести и пределом прочности должно быть высоким, пластические же свойства здесь имеют меньшее значение. Поэтому рессорно-пружинные стали отличаются сравнительно высоким содержанием углерода, легируются главным образом кремнием и подвергаются закалке с невысоким отпуском для создания высокого предела упругости (текучести) и твердости. Очень большое значение имеет отсутствие концентраторов напряжения, волосовин, рисок, обезуглероживания и других поверхностных дефектов на пружинах и рессорах, поэтому в современном машиностроении их подвергают дробеструйному наклепу, который чрезвычайно эффективно увеличивает их предел выносливости и долговечность.

















№52 По влиянию на устойчивость аустенита и на форму С-образных кривых легирующие элементы разделяются на две группы.
Элементы, которые растворяются в феррите и цементите (кобальт, кремний, алюминий, медь, никель), оказывают только количественное влияние на процессы превращения. Замедляют превращение (большинство элементов), или ускоряют его (кобальт). Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита: а – некарбидообразующие элементы; б карбидообразующие элементы. Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) вносят и качественные изменения в кинетику изотермического превращения. При разных температурах они по разному влияют на скорость распада аустенита: при температуре 700500oС замедляют превращение в перлитной области, при температуре 500400oС (образование троостита) – очень сильно замедляют превращение, при температуре 400300oС– замедляет превращение аустенита в бейнит, но меньше, чем образование троостита. Это отражается на форме С-образных кривых: наблюдаются два максимума скорости изотермического распада, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного аустенита. Ферритные стали. Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах, для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроениии. Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. К этому виду относятся, стали 400 серии. Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения. К данному классу относятся стали 300 серии.Аустенито-ферритные стали. Преимущество сталей этой группы повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зёрен при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость. Аустенито-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации.



















№53 Инструментальная легированная сталь
Инструментальная легированная сталь. Эта сталь идет для изготовления различного инструмента: ударно-штампового, измерительного, режущего. Она имеет ряд преимуществ перед инструментальной углеродистой сталью. Штампы из углеродистой стали обладают высокой твердостью и прочностью, но плохо сопротивляются удару. Метчики, развертки и другие длинные и тонкие инструменты из углеродистой стали при закалке получаются хрупкими, они ненадежны в работе и часто ломаются.
Режущий инструмент - резцы, фрезы, сверла из углеродистой стали при незначительном нагреве (около 200°C) теряют свою твердость, поэтому применение их при обработке металла с большой скоростью резания невозможно. При введении определенных легирующих примесей сталь приобретает красностойкость, износоустойчивость, получает глубокую прокаливаемость; она имеет высокую прочность, твердость и хорошо противостоит ударным нагрузкам.
Важнейшие легирующие примеси инструментальной легированной стали: хром, вольфрам, молибден, марганец, кремний. Содержание углерода в этой стали может быть ниже, чем в углеродистой, и колеблется от 0,3 до 2,3%.
В отдельную группу выделяют быстрорежущие стали. Они применяются для изготовления режущего инструмента – резцов, сверл, фрез. Важнейшие свойства этой стали – высокая твердость и красностойкость до 600°C (такой нагрев вызывается высокой скоростью резания). Благодаря применению быстрорежущей стали повышается стойкость инструмента и увеличивается производительность обработки.


№54 быстрорежущие инструментальные стали
Быстрорежущие стали легированные стали, предназначенные, главным образом, для изготовления металлорежущего инструмента. По сравнению с углеродистыми инструментальными сталями обладают повышенной твёрдостью, износостойкостью, прочностью и красностойкостью, что обусловлено наличием в их составе карбида вольфрама. Название «быстрорежущие» (англ. high speed steel) связано с тем, что режимы работы инструмента из этих сталей предусматривают повышенные скорости обработки материала, по сравнению с инструментом из углеродистых сталей. Маркировка быстрорежущих сталей
В советских и российских марочниках сталей марки быстрорежущих сталей обычно имеют особую систему обозначений и начинаются с буквы «Р». Связанно это с тем, что эти стали были изобретены в Англии, где такую сталь называли «rapid steel». Цифра после буквы «Р» обозначает среднее содержание в ней вольфрама (в процентах от общей массы). Остальные принципы маркировки такие же, как и у остальных сталей. Состав. Быстрорежущие стали содержат 8,5-19 % W, 3,8-4,4 % Cr, 2-10 % Co и V.. Режущий инструмент из быстрорежущей стали после термической обработки (HRC 62-65) имеет красностойкость 600-630 °C и обладает повышенной износостойкостью, может работать со скоростями резания до 80 м/мин.Применение.Сталь Р9 рекомендуют для изготовления инструментов простой формы не требующих большого объема шлифовки, для обработки обычных конструкционных материалов. (резцов, фрез, зенкеров).Для фасонных и сложных инструментов (для нарезания резьб и зубьев), для которых основным требованием является высокая износостойкость, рекомендуют использовать сталь Р18.(Вольфрамовая)

№55 Штамповые стали стали, применяемые для изготовления инструментов, необходимых для обработки металлов давлением, таких как штампы, ролики, валики, пуансоны и т. д. Своё название получили по виду самого используемого инструмента.
Штамповые стали делятся на две категории: Деформирующие металл в холодном состоянии, Деформирующие металл в горячем состоянии.
Сталь для штамповки в холодном состоянии обычно должна обладать высокой твёрдостью, обеспечивающей устойчивость стали против истирания, хотя и вязкость, особенно для пуансонов, имеет первостепенное значение.Сталь для «горячих штампов» должна иметь низкую чувствительность к местным нагревам.Кроме перечисленных выше свойств, от стали, из которой изготавливаются штампы больших размеров, требуется повышенная прокаливаемость. Сталь, применяемая для штампов и пуансонов сложных конфигураций, должна мало деформироваться при закалке.Из углеродистых стали марок У10,У11,У12 изготавливают штампы для холодной штамповки небольших размеров и несложной конфигурации. Их следует применять для относительно лёгких условий работы.
Для более сложных конфигураций и более тяжёлых условий работы применяют легированные закаливаемые в масле стали чаще всего сталь Х (ШХ15)Металл, применяемый для горячих штампов, должен обладать определёнными свойствами, такими как:жаропрочность,
Красностойкость,термостойкость,вязкость,прокаливаемость,отпускная хрупкость,слипаемость. Для штампов, работающих в лёгких условиях, применяют углеродистые стали с содержанием углерода от 0,6 до 1,0 %, то есть У7, У8, У9. Наибольшее применение для изготовления таких штампов имеет сталь У7. Для более тяжёлых условий применяют легированные стали. Наиболее распространённой является сталь 5ХНМ и её заменители: 5ХГМ, 5ХНСВ, 5ХНТ.
№56 Твердые сплавы. Твёрдые сплавы твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 9001150°С. В основном изготовляются на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома при различном содержании кобальта или никеля.Различают спечённые и литые твёрдые сплавы. Главной особенностью спеченных твердых сплавов является то, что изделия из них получают методами порошковой металлургии и они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др), а литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др). Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением.Пластинки из твердого сплава имеют HRA 86-92 обладают высокой износостойкостью и красностойкостью (8001000°С), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин.Спечённые твёрдые сплавы. Композиционные материалы, состоящие из металлоподобного соединения, цементированного металлом или сплавом. Их основой чаще всего являются карбиды вольфрама или титана, сложные карбиды вольфрама и титана (часто также и тантала), карбонитрид титана, реже другие карбиды, бориды и т. п. В качестве матрицы для удержания зерен твердого материала в изделии применяют так называемую «связку» металл или сплав. Обычно в качестве «связки» используют кобальт (кобальт является нейтральным элементом по отношению к углероду, он не образует карбиды и не разрушает карбиды других элементов), реже никель, его сплав с молибденом (никель-молибденовая связка).Твердые сплавы ввиду своей высокой твердости применяются в следующих областях:Обработка резанием конструкционных материалов: резцы, фрезы, сверла, протяжки и прочий инструмент.Оснащение измерительного инструмента: оснащение точных поверхностей микрометрического оборудования и опор весов.Клеймение: оснащение рабочей части клейм.Волочение: оснащение рабочей части волок.Штамповка: оснащение штампов и матриц(вырубных, выдавливания и проч.).Горнодобывающее оборудование: напайка спеченных и наплавка литых твердых сплавов.Производство износостойких подшипников: шарики, ролики, обоймы и напыление на сталь.Рудообрабатывающее оборудование: оснащение рабочих поверхностей.Газотермическое напыление износостойких покрытий

№57 Коррозийно-стойкие стали
Метод совместного восстановления смесей оксидов металлов и металлических порошков гидридом кальция (метод П.Александера), технологические основы которого разработаны ЦНИИЧМ, использует Полема в промышленном масштабе для производства порошков легированных сталей и сплавов. Данный метод применяется для изготовления порошков нержавеющих сталей аустенитного и ферритного классов: Х18Н15, Х23Н18,Х18Н12М2Т, Х23Н28, Х23Н28М3Д3Т, Х30, Х17Н2, порошки жаростойких сплавов системы Ni-Cr: Х20Н80, Х40Н60, систем: Fe-Cr-Al-Y, Ni-Al, Ni-Cr-Al и др.Порошки хромистых, хромоникелевых сталей и нихрома имеют преимущественно неправильную (несферическую) форму частиц, состоящих из зёрен 20-30 мкм. Насыпная плотность порошков нержавеющей стали Х18Н15 в зависимости от фракций (от мелкой к крупной) колеблется от 2,35 до 1,75 г/см куб., относительная плотность брикетов при давлении 700 Мпа достигает 75%. Порошки хорошо формуются при гидростатическом прессовании.
Благодаря хорошей прессуемости восстановленные порошки легированных сталей, нихрома, материалы находят широкое применение в произодстве проницаемых изделий и пористой прокатанной и спеченной ленты - фильтров.
Порошки коррозионностойких сталей и сплавов широко применяются в производстве фильтров для очистки смазочных масел, топлива, щелочей, воздуха и других газов и технических жидкостей, а также для изготовления пламягасителей, пористых охладителей. Порошок нихрома применяется для изготовления уплотнительных вставок турбин, порошок стали Х13М2 в смеси с твёрдыми смазками, например, CaF2 - для уплотнения ротора паровых турбин.
Порошки нихрома и других жаростойких сплавов применяются также в качестве защитных и упрочняющих плазменных покрытий в авиационной отрасли.














№58. К криогенным относятся стали, у которых диапазон рабочих температур - от 0°С до температуры кипения чистого гелия -4,2 К (не путать с конструкционными сталями так называемого северного исполнения, предназначенными для работы в конструкциях и машинах при низких климатических температурах - до -800 С!).
Криогенные стали применяют для изготовления машин и оборудования, предназначенных для получения, перевозки и хранения сжиженных газов. Они должны обладать достаточной прочностью при нормальной температуре в сочетании с высоким сопротивлением хрупкому разрушению при низких (рабочих) температурах. Часто к ним предъявляют повышенные требования по коррозионной стойкости. Указанный выше комплекс свойств обеспечивается увеличением содержания ряда легирующих элементов, и прежде всего никеля.Для сварных конструкций, работающих при температуре до - . 183°С (температура кипения кислорода) применяют ферритную безуглеродистую сталь марки ОН6А (67% Ni), при температуре -196°С (температура кипения азота) - сталь марки ОН9А (8,59,5% Ni).
Из этих сталей изготавливают цилиндрические и сферические резервуары для хранения и транспортировки сжиженных газов. Все технологические операции, в том числе сварку, при изготовлении конструкций выполняют после термической обработки, которая заключается в двойной нормализации с 900 и 760°С и отпуске при 560°С или закалке в воду от 810830°С и отпуске при 600°С. Аустенитные стали используют после закалки в воде с 10001050°С. Это обеспечивает предел текучести при комнатной температуре в интервале 400450 МПа и ударную вязкость не менее 1 МДЖ/м2 при -253°С.













№59 Магнитные стали и сплавы делятся на магнитномягкие и магнитнотвердые.Магнитномягкие материалы имеют малые значения коэрцитивной силы (от нескольких эрстед до нескольких тысячных долей эрстеда) и большие значения магнитной проницаемости.
У магнитномягких материалов потери на гистерезис при перемагничивании незначительны, поэтому их используют для изготовления сердечников трансформаторов, дросселей, катушек ин­дуктивности, реле, магнитных экранов и т. п.
К магнитномягким материалам относятся:а) электротехническая тонколистовая сталь;б) железоникелевые сплавы - пермаллои;
в) железокремнеалюминиевый сплав - альсифер;г) магнитодиэлектрики (для работы в области высоких частот-10 кгц и выше).
Электротехническая тонколистовая сталь по степени легирования кремнием, по магнитным и электрическим свойствам подразделяется на следующие группы:1) 311, Э12, Э13, ЭПОО, 31200, Э1300;
2) Э21, Э22;3) Э31, Э32, Э34, Э3100, Э3200, 3310, Э320, 3330, ЭЗЗОА, Э340, Э370, Э380;Буквы и цифры обозначают:
3 - электротехническую сталь;первая цифра (1-4)-степень легирования кремнием;вторая цифра (1-8)-электрические и магнитные свойства стали, причем цифры 1, 2, 3 - удельные потери при перемагничи-вании стали с частотой 50 гц и магнитную индукцию в сильных полях; цифра 4 - удельные потери при перемагничивании стали 116 с частотой 400 гц и магнитную индукцию в средних полях; цифры 5, 6 - магнитную проницаемость в слабых полях {0,002-0,008 а/см); цифры 7, 8 - магнитную проницаемость в средних полях (0,03- 10 а/см); буква А - особо низкие удельные потери;третья цифра 0 - сталь холоднокатаная -текстурованная;третья и четвертая цифры 00 - сталь холоднокатаная малотек-стуровапная.













№60. Аллюминий- металл серебристо-белого цвета.13 EMBED Equation.3 1415 ,кристалическая решётка-ГЦК.Аллюминий обладает низкой плотностью 13 EMBED Equation.3 1415 и высокой коррозионной стойкостью.Наибольшее распространение получили алюминеевы сплавы:Al-Cu;Al-Si;Al-Mg и д.р.Алюминеевы сплавы делятся на деформируемы и литейные.
Деформируемые сплавы подразделяются на упрочняемые и неупрочняемые Т.О.К упрочняемым Т.О относятся дюралюмины,сплавы авиаль и др.К неупрочняемым Т.О относятся сплавы АМц;Амг2; Амг3; Амг5 и др.
Дюралюмины-это сплавы на основе Al-Cu-Mg,в которые дополнительно вводят Mn(марганец).Типичными дюралюминами являются Д1; Д16, которые применяются в авиациооном машиностроении.
Литейные алюминиевы сплавы-это сплавы алюминия и кремния(силумены)-АЛ2; АЛ4; АЛ-19; АЛ-21.Применяются для фасонного литья













№61 Медь химический элемент с атомным номером 29 в периодической системе, обозначается символом Cu (лат. Cuprum от названия острова Кипр где добывали медь), красновато-золотистого цвета (розовый при отсутствии оксидной пленки). Простое вещество медь это пластичный переходный металл, с давних пор широко применяемый человеком.
Основными сплавами меди являются латунь и бронза. Латуньсплав меди и цинка, иногда включая легирующие элементы(Al, Fe и др.) Маркировка – «Л»–латунь и цифра(процентное содержание меди, в целых долях). Л70 – меди 70%, цинка 30%. Если в латуни есть легирующие элементы, то за буквой «Л» ставится символ легирующего элемента, а затем цифры, которые указывают содержание легирующих элементов в целых долях. ЛАЖ60-1-1. 60% - меди, 1% - алюминия, 1% - Fe
Бронза – сплав меди с оловом, Cu-Al, Cu-Pb, Cu-Si. Легирующие элементы Fe, Ni, Mn и др. Маркировка бронзы «Бр» а затем буквы легирующих элементов образующих сплав, а затем цифры – в целых долях этих легирующих елем.-тов. БрА10Ж3Мц2 (Бр – бронза, А-Аl=10%, Ж-Fe=3%, Мц-Mn=2%, меди=85%). Бронзы делятся на : алюминиевые – БрАЖ9-4; кремнистые БрКМц3-1; бериллиевые БрБ2; свинцовые БрС30 и др.


№62 Тита
·н (Ti), химический элемент с порядковым номером 22, атомная масса 47,88. Твёрдый серебристый металл, точка плавления 1675 °C, точка кипения 3262 °C, плотность 4540 кг/мі, атомная плотность 5,711022 ат/смі
Титановые сплавы. Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.
Титановые сплавы ковки до температур около 1150° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.


№66 Керамика изделия из неорганических, неметаллических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготовляемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг. Однако современное использование этого термина расширяет его значение до включения всех неорганических неметаллических материалов. Керамические материалы могут иметь прозрачную или частично прозрачную структуру, могут происходить из стекла (см. ситаллы). Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. Технологическая схема производства керамической плитки включает следующие основные фазы: Приготовление шликера; Формовка изделия; Сушка; Приготовление глазури и глазуровка (эмалировка); Обжиг. Сырьё для керамических масс подразделяется на пластичное (глины и каолины) и непластичное. Добавки шамота и кварца уменьшают усадку изделий и вероятность растрескивания на стадии формования. В качестве стеклообразователей используют свинцовый сурик, буру. Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. Керамические изделия по плотности можно условно разделить на две основные группы: пористые и плотные. Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды. В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 - 20% по весу или 15 - 35% по объему. Плотные изделия характеризуются водопоглощением менее 5%. Чаще всего оно составляет 2 - 4% по весу или 4 - 8% по объему. По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов и изделий: стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые);
кровельные материалы и материалы для перекрытий (черепица, керамические пустотелые изделия); облицовочные материалы для наружной и внутренней облицовки (кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, малогабаритные плитки);
материалы для полов (плитки).





































№63 Магний очень легкий, довольно хрупкий металл, постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в белый оксид магния.В последнее время исследования направлены на освоение производства магниевых сплавов, обладающих необходимыми механическими, физическими, я технологическими свойствами в бсо-был условиях (повышенные и криогенные температуры, эксплуатация в ядерных реакторах и др.). Для достижения таких Свойств большое значение имеет легирование магния редкоземельными металлами.Аналогичные тенденции наблюдаются и в разработке сплавов, предназначенных для обработки давлением. Кроме уже испытанных старых сплавов, таких как Mg Mn, MgAl и MgAlZn, применяется и ряд сплавов-нового типа, которые лучше работают в условиях повышенных температур, например следующие сплавы: Mg 6ZnOjZr; Mg3Zn0,6Zr; Mg l,3Zn0,6Zr; Mg-0,5Zn0,6Zr0,75Th; MgMn4Th0,7Zr; Mg-0,6Mn2Th.Присадка бериллия к сплавам магния снижает склонность их к окислению. Достижение высоких показателей механических свойств при повышенных температурах возможно путем легирования торием.О разработке сплавов магния необходимо указати следующее:а. Чтобы повысить прочность литейных сплавов Mg AlZn, целесообразно легировать их 0,5% меди. Термообработку этих сплавов осуществляют по режиму: нагрев до 390420° С, закалка в воде при 90° С, старение при 180° С. Б). Методом порошковой металлургии получают дисперсионно твердеющие сплавы типа MgMgO. Применяемую для этих целей окись магния получают из магние-' вого порошка путем воздействия на него СОг при 350; 550° С. Прочность этих сплавов при 20° С составляет 30 34 кГ/мм2, а при 450° С 3,7, кГ/мм2.
В настоящее время исследуется технология производства сплавов MgY, содержащих до 10% Y. Прочность этих сплавов достигает 40 кГ/мм2.Кроме указанных свойств, все магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, что'делает возможным применение высоких скоростей резания при различных способах обработки.





































№64 Неметаллические материалы
К неметаллическим материалам относятся полимерные материалы органические и неорганические: пластмассы, композиты на неметаллической основе, каучуки и резины, клеи, герметики, лакокрасочные материалы, графит, неорганическое стекло, керамика. Такие их свойства, как достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, химическая стойкость, оптическая прозрачность, высокие диэлектрические свойства, делают эти материалы незаменимыми.Пластма
·ссы (пласти
·ческие ма
·ссы, пла
·стики) органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения. Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров. Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формоваться и сохранять после охлаждения или отверждения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное. В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на термопласты и реактопласты. Получение и Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа. При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этилен-полиэтилен) Пластические массы получают на основе высокомолекулярных соединений полимеров. Их разделяют на два класса термопласты и реактопласты. Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.Пластик принадлежит к материалам, которые практически не разлагаются со временем, а при сжигании выделяются крайне токсичные вещества, которые невозможно вывести из организма. Поэтому изделия из пластика должны быть переработаны.Переработка пластика состоит из нескольких этапов: сбор, сортировка (по цвету, по качеству, чистые/грязные отходы), прессование, собственно переработка (резка, промывка, сушка, производство регранулята), производство новой продукции.
Существует несколько способов переработки пластика:Пиролиз,Гидролиз,Гликолиз,Метанолиз.
№65 Резиновые материалы представляют собой сложную смесь разнообразных компонентов, основным из которых является продукт вулканизации каучука.Резиновые материалы обладают: 1) высокой эластичностью в широких интервалах температур, т. е. способностью существенно изменять форму при приложении внешних сил и восстанавливать эту форму после того, как внешняя сила будет снята; у высокоэластичных резин удлинение при растяжении достигает 700800% при остаточном удлинении 10%; 2) хорошей вибростойкостью, т. е. способностью поглощать колебания; 3) повышенной химической стойкостью; 4) стойкостью к истиранию; 5) хорошими диэлектрическими свойствами и т. д.Недостатками резиновых материалов являются: невысокая бензо-и маслостойкость, относительно низкая тепло- и морозостойкость, склонность к старению под воздействием тепла, кислорода воздуха и света. Кроме того, являясь продуктом вулканизации (химического взаимодействия каучука с серой), резина содержит свободную серу, а последняя с течением времени выделяется и вызывает коррозию металлов, контактирующих с резиной. Резиновые изделия изготовляются из резиновых смесей, в состав которых входят следующие компоненты: каучук, вулканизующие, вещества, ускорители вулканизации, наполнители, противостарители, мягчители, регенерат и красители. При хранении резины необходимо соблюдать следующие условия:1. Температура воздуха не должна быть ниже 5° и не превышать 15°; влажность 40-60%. 2. Отсутствие дневного света, для чего окна следует замазывать желтой или красной краской, не пропускающей ультрафиолетовых лучей. 3. Резиновые изделия должны лежать на деревянных стеллажах, которые должны быть расположены от отопительных приборов на расстоянии не менее 1 м. 4. Резиновые изделия должны быть обернуты бумагой или тканью и уложены в коробки; рукава необходимо растянуть, но не оставлять в мотках. Покрышки нельзя складывать стопкой; их рекомендуют ставить на протекторную часть в ряд на стеллажах.




Приложенные файлы

  • doc 6489032
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий