ПОлный комплек (Шпаргалки)

Билет 1,2

1)Фазы сплавов: твердые растворы и промежуточные фазы. Влияние химического

состава на свойства твердых растворов. Промежуточные фазы (электронные

соединения, фазы Лавеса, фазы внедрения и т.д.) и их влияние на свойства

сплавов.

Сплав - вещество, содержащее в своем составе два или более компонентов, по крайней

мере, один из которых - металл.

Получают их с помощью спекания или сплавлением. Компонент - вещество,

образующее сплав.

Фаза - однородная, отделенная поверхностью раздела часть металла или сплава,

имеющая одинаковые состав, строение и свойства. Гомогенные вещества имеют одну

фазу, а гетерогенные - несколько фаз.

Структура - строение металла, в котором можно различать отдельные фазы, их форму,

размеры и взаимное расположение. Структура влияет на свойства.

Различные типы кристаллических сплавов. Твердые растворы - кристаллы, у которых один из компонентов образует собственную кристаллическую решетку, а второй присутствует в виде отдельных атомов, то есть собственной кристаллической решетки не имеет. Первый компонент называют растворителем, а второй - растворенным компонентом. Выделяют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения. В твердых растворах внедрения - атомы растворенного вещества размещаются в кристаллической решетке растворителя, внедряясь между узлами.

1. растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);

1. ограниченная растворимость;

В твердых растворах замещения - атомы растворенного вещества замещают атомы

растворителя в узлах кристаллической решетки.

Особенности:

1. растворенное вещество такого же типа, как и растворитель (атомы близки по размеру);

2. часто имеют неограниченную растворимость;

Искажения решетки при образовании твердых растворов внедрения больше, чем при образовании твердых растворов замещения, поэтому у них более резко изменяются и свойства. По мере увеличения концентрации растворенного элемента в твердом растворе заметно возрастают электрическое сопротивление, твердость и прочность, но значительно понижаются пластичность и вязкость.

Промежуточная фаза - кристаллы, образованные различными элементами и имеющие

собственный тип кристаллической решетки, отличающийся от решеток, составляющих

их элементов.

Фазы внедрения. Если отношение Я_Нм/^м < 0,59, образуются промежуточные фазы с

простыми пространственными решетками, в которых атомы неметалла располагаются в

порах.

Фазы внедрения имеют кристаллические решетки (чаще всего плотно упакованные ГЦК

иГП).

Химический состав фаз внедрения указывается формулами: МеХ, Ме₂Х, Ме^Х, МеЛ^,

например: TiC, WC, МоС, Мо₂С, W₂С, Fe±N,ZrH₄.

В фазах внедрения преобладает металлическая связь, чем и определяются такие

свойства, как высокая электропроводимость, положительный коэффициент

электросопротивления. Большинство фаз внедрения чрезвычайно тугоплавки и имеют

высокую твердость, т.к. присутствует значительная доля в фазах внедрения ковалентной

связи.

Карбиды. Я_нм/Д_м > 0,59. Например, Fe₃C_fMnC_fCr₇C₃

Карбиды и нитриды, относящиеся к фазам внедрения, присутствуют в структуре многих

коррозионно-стойких, износостойких и жаропрочных конструкционных сталей.

Отличаются высокой твердостью и хрупкостью, тугоплавки.

Электронные фазы. Для максимального содержания металла более высокой валентности

характерно совершенно определенное значение электронной концентрации (отношение

числа валентных электронов к числу атомов): 3/2, 21/13, 7/4. Данные фазы обозначаются

соответственно /?,у, Ј. В большинстве сплавов -фазы имеют ОЦК решетку, у-фазы

сложную кубическую решетку с 52 атомами в элементарной ячейке и Ј-фазы ГП

решетку.

Механические свойства электронных соединений зависят в значительной мере от

упорядоченности атомов компонентов в кристаллической решетке электронного

соединения.

Фазы Лавеса. Это промежуточные фазы практически постоянного состава ЛВ₂,

образуются при взаимодействии металлов самых различных групп Периодической

системы. При этом атомный радиус растворенного элемента В должен быть меньше,

чем атомный радиус растворителя А на 20-30%.

Фазы Лавеса имеют упорядоченные сложные кубические или гексагональные решетки,

в магнитном поле ведут себя как диамагнетики.

2)Конструкционные стали нормальной прочности: углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и качественные стали. Состав, маркировка, упрочняющая обработка и применение.

Углеродистые стали обыкновенного качества. Допускается повышенное содержание вредных примесей, а так же газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями. Наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения. Маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают в спокойных сталях - «сп», в полуспокойных - «пс», в кипящих - «кп». Для всех сталей, кроме СтО, справедлива формула: С(%)^0,07Хномер марки.

Концентрация марганца в стали Ст1 0,25-0,50%, в стали Стб 0,50-0,80%. Три марки

стали производят с повышенным содержанием марганца(0,80-1,1%), на что указывает

буква «Г» в маркировке: СтЗГпс, стЗГсп, Ст5Гпс.

Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих - не более

0,05%, у полуспокойных - не более 0,15%, у спокойных - не более 0,30%.

Прокат подразделяют на 4 группы: сортовая сталь, листовая сталь, специальные

профили и трубы.

Углеродистые качественные стали. Характеризуются более низким, чем у сталей

обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических

включений

Маркируются двухзначными числами: 08, 10, 15, 20,..., 60, обозначающими среднее

содержание углерода в сотых долях процента.

Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие соответственно

«пс» и «кп».

Содержание кремния: в кипящих сталях не более 0,30%, в полу спокойных 0,05 - 0,17%.

Содержание марганца повышается по мере увеличения концентрации углерода от 0,25

до 0,80%.

Низкоуглеродистые стали по назначению подразделяют на 2 подгруппы:

1. Малопрочные и высокопластичные.

2. Цементуемые - стали 15, 20, 25. Предназначены для деталей небольшого размера, от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском.

Среднеуглеродистые стали 30,..., 55 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии - достигаются высокая ударная вязкость, пластичность и малая чувствительность к концентраторам напряжений.

Конструкционные стали идут на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений. Они должны обеспечивать длительную и надежную работу деталей и конструкций в условиях эксплуатации. Поэтому основное требование к конструкционным сталям — комп­лекс высоких механических свойств.

Билет 3

1)Диаграмма состояния двойных сплавов с неограниченной растворимостью

компонентов в твердом состоянии. Условия неограниченной растворимости.

Правило концентраций и отрезков. Использование диаграмм состояния для

определения свойств сплавов(правило Курнакова).

Полная взаимная растворимость в твердом состоянии возможна тогда, когда оба

компонента имеют одинаковые кристаллические решетки и атомные диаметры

компонентов мало отличаются по размерам. Такая диаграмма имеет простой вид и

состоит из 2-х линий: ликвидус и солидус.

-нв,% Правила определения состава фаз (правило концентраций) и количественного соотношения фаз (правило отрезков): для определения концентрации компонентов в двух фазах через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения (а и Ь) на горизонтальную ось диаграммы покажут составы фаз (х_а и х_ь). Отрезки коноды между точкой с и точками а и Ь, определяющими состав фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз: Ж_а/а_ь = be /ас.

Правило Курнакова: так как вид диаграммы, также как и свойства сплава, зависит от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава, то между ними должна существовать определенная связь.

2)Конструкционная прочность. Металлургические, технологические, конструкторские способы повышения конструкционной прочности.

Конструкционные материалы. Предназначены для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам. Конструкционная прочность комплексная хар-ка, включающая сочетание критериев прочности, жесткости, надежности и долговечности. Критерии прочности материала:

1. Прочностные хар-ки: временное сопротивление (о;), предел текучести С о"₀₂) ₅ предел выносливости

2. Упругие хар-ки: модули упругости Е и G

Надежность свойство изделий, выполнять заданные функции, сохраняя

эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого времени или

сопротивление материала хрупкому разрушению.

Долговечность способность детали сохранять работоспособность до определенного

состояния.

Характеристики надежности и долговечности:

1) Пластичность 5, \|/, ударная вязкость KCU, KCV, вязкость разрушения, порог
хладноломкости,

2) Циклическая долговечность, скорость изнашивания, ползучести, коррозии.
Способы повышения прочности:

Металлургические, технологические, конструкционные.

Металлургические - повышение чистоты Me, удаление вредных примесей (S, Р,

газообр. эл-тов - О, Н, N, оксидов, сульфидов) - переплав, рафинирование и др.

Методы упрочнения: легирование, пластическая деформация, термическая,

термомеханическая и химико-термическая обработка.

Легирование - карбидообр. эл-ты (Ni, V, Mo, Сг) образуют карбиды при выплавке,

задерживают рост зерна при нагреве под закалку в аустените, влияют на мартенсит при

высоком отпуске: 1) Задерживают выделение цементита, 2) затрудняют распад

мартенсита. Некарбидообр. эл-ты (Si, Ni, Mn, Al, Си) замедляют диффузию.

Все лег. эл-ты в феррите обазуют твердорастворное упрочнение по типу замещения,

атомы внедрения (С, О, Н, N) скапливаются на дислокациях и блокируют их.

Закалка+старение - дисп. частицы вторичной фазы создают сильное торможение

дислокаций. Дислокации, перемещаясь в пл-ти скольжения, должны перерезать либо

огибать частицы.

Поверхностное упрочнение - осн метод повышения тв-ти слоя и препятствующий

зарождению пов трещин. (ППД, цементация, нитроцемент, азотир, закалка ТВЧ).

Конструкторские методы предусматривают обеспечение равнопрочности высоконапряженных деталей. При их проектировании избегают резких перепадов жесткости, глубоких канавок и других конструктивных надрезов.

Билет4

1)Диаграмма состояния двойных сплавов с ограниченной переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Термическая обработка сплавов этой диаграммы: отжиг, закалка, старение.

Предельная концентрация компонента А в фазе определяется линией FQ, и эта

концентрация не изменяется. Максимальное содержание компонента В в -фазе

определяется точкой Е и при охлаждении снижается до точки Р. Из всех сплавов выделяют сплав III, который называется эвтектическим (наиболее легкоплавкий). Он кристаллизуется с выделением одновременно двух твердых фаз определенной концентрации: твердого раствора состава точки Е и твердого раствора