Ответы на вопросы к экзамену по металлам, страница 7
Описание файла
Документ из архива "Ответы на вопросы к экзамену по металлам", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физическое металловедение" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МПУ. Не смотря на прямую связь этого архива с МПУ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "физическое металловедение" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Ответы на вопросы к экзамену по металлам"
Текст 7 страницы из документа "Ответы на вопросы к экзамену по металлам"
Режим термической обработки конструкционных сталей определяется главным образом содержанием углерода.
Конструкционные стали подвергают двойной упрочняющей термической обработке – закалке + отпуску, причём среднеуглеродистые – обычно высокому отпуску (улучшению), низкоуглеродистые – низкому.
Нагрев под закалку проводят, как правило, до температуры, незначительно превышающей (на 30-50ºС) точку АС3. У большинства марок конструкционных низкоуглеродистых сталей эта температура составляет примерно 900ºС и у среднеуглеродистых - 850ºС.
Низкоуглеродистые стали, как и углеродистые, следует закаливать в воде (и лишь при малых размерах – в масле), так как малая устойчивость переохлаждённого аустенита в районе перлитного распада (600ºС) быстрое охлаждение при закалке.
У легированных сталей мартенситная структура может быть достигнута более медленным охлаждением, чем у углеродистых, более медленное охлаждение создаёт меньшие внутренние напряжения, что является фактором, повышающим конструктивную прочность.
Закалка стали на мартенсит – это первый этап термической обработки конструкционной стали.
Отпуск – завершающая операция термической обработки конструкционной стали, окончательно формирующая её свойства.
-
Коррозионно-стойкие стали. Хромистые стали. Хромоникелевые стали. ТО. Структура, свойства, применение.
Поверхностное разрушение металла под воздействием внешней среды называется коррозией. Чистое железо и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, в воде и во многих других средах, так как образующаяся плёнка окислов недостаточно плотна и не изолирует металл от химического воздействия среды. Некоторые элементы повышают устойчивость стали против коррозии, и таким образом можно создать сталь (сплав), практически не подвергающуюся коррозии в данной среде.
При введении таких элементов в сталь (сплав) происходит не постепенное, а скачкообразное повышение коррозионной стойкости. Введение в сталь >12% Cr делает её коррозионно-стойкой в атмосфере и во многих других промышленных средах. Сплавы, содержащие меньше 12% Cr, практически в столь же большой степени подвержены коррозии, как и железо. Сплавы, содержащие более 12-14% Cr, ведут себя как благородные металлы: обладая положительным потенциалом, они не ржавеют и не окисляются на воздухе, в воде, в ряде кислот, солей, щелочей.
Хромистые нержавеющие стали применяют трёх типов: с 13, 17, и 27% Cr, причём стали с 13% Cr в зависимости от требований имеют различное содержание углерода (от 0,1 до 0,04%).
Стали с 17-18 и 25-28% Cr имеют иногда небольшие добавки титана и никеля. Титан вводят для измельчения зерна, а никель для улучшения механических свойств.
Введение достаточного количества никеля в 18%-ную хромистую сталь делает её аустенитной, что обеспечивает лучшие механические свойства, меньшую склонность к росту зерна, а также более коррозионностойкой и не хладноломкой. Нержавеющие стали с 18% Cr и 10% Ni получили наиболее широкое распространение в машиностроении, в изделиях широкого потребления, а также в архитектуре и скульптуре.
Хромоникелевые стали могут быть разделены на три класса:
Аустенитные стали – с устойчивым аустенитом.
Аустенитно-мартенситные стали (или стали так называемого переходного класса). В этих сталях при охлаждении на воздухе обычно образуется некоторое количество мартенсита.
К этому же классу относятся и те стали, аустенит которых при охлаждении до комнатной температуры хотя и не даёт признаков - превращения, но всё же неустойчив, так как при обработке холодом или под действием пластической деформации он превращается в мартенсит.
Аустенито-ферритные стали, имеющие структуру . Аустенит в этих сталях может быть устойчивым и неустойчивым.
В хромоникелевых нержавеющих сталях из-за наличия углерода могут образовываться специальные карбиды, преимущественно типа .
Выделение карбидов происходит по границам зёрен, что при определённых условиях приводит и к охрупчиванию стали и к появлению особого вида коррозионного разрушения по границам зёрен – очень опасного, называемого межкристаллитной (интеркристаллитной) коррозией (МКК).
Титан и ниобий, соединяясь с углеродом, препятствуют тем самым образованию хромистых карбидов и проявлению интеркристаллитной коррозии. Титан и ниобий следует вводить в достаточных количествах (чтобы они могли связать весь углерод).
Более надёжно устраняет процессы, приводящие к развитию интеркристаллитной коррозии снижением углерода, тогда как так называемые элементы-стабилизаторы (то есть титан или ниобий) лишь уменьшают её.
Чисто аустенитные стали склонны также ещё к одному виду коррозионного разрушения, к так называемому коррозионному растрескиванию или к коррозии под напряжением. Это явление заключается в том, что на поверхности образца (изделия), находящегося под нагрузкой или имеющего внутренние остаточные напряжения (например, после наклёпа) и погружённого в относительно слабую коррозионную среду, образуются тонкие трещины, проходящие главным образом по телу зерна.
Термическая обработка нержавеющих сталей аустенитного класса сравнительно проста и заключается в закалке в воде с 1050—1100ºС. Нагрев до этих температур вызывает растворение карбидов хрома (М23С6), а быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора. Медленное охлаждение недопустимо, так как при этом, как и при отпуске, возможно выделение карбидов, приводящее к ухудшению пластичности и коррозионной стойкости. Кроме того, при закалке происходят рекристаллизационные процессы, устраняющие последствия пластической деформации, которой часто остаются нержавеющие аустенитные стали. В результате закалки твёрдость этих сталей не повышается, а снижается, поэтому для аустенитных нержавеющих сталей закалка является смягчающей термической операцией.
Механические свойства аустенитных нержавеющих сталей в закалённом (смягченном) состоянии характеризуются низким значением предела текучести, невысокой прочностью и очень высокой пластичностью.
-
Цветные металлы и их сплавы. Сплавы алюминиевые. Деформируемые и литейные. Механические и технологические свойства сплавов на основе алюминия, их маркировка и область применения. Сплавы на основе меди, латуни, их состав. Структура и свойства, маркировка, применение. Бронзы. Их состав, структура и свойства. Маркировка бронз и область применения.
Цветные металлы чаще всего имеют характерную окраску: красную, желтую, белую. Обладают большой пластичностью, малой твёрдостью, относительно низкой температурой плавления, для них характерно отсутствие полиморфизма. Наиболее типичным металлом этой группы является медь.
Технические алюминиевые сплавы подразделяют на две группы: применяемые в деформированном виде (прессованном, катаном, кованом) и в литом. Границу между сплавами этих двух групп определяет предел насыщении твёрдого раствора при эвтектической температуре.
Изменение технологических свойств в сопоставлении с диаграммой состояния показывает, что сплавы с содержанием компонента меньше предела растворимости при высокой температуре обладают наибольшей пластичностью и наименьшей прочностью при высокой температуре, следовательно, хорошо подвергаются горячей обработке давлением.
Наличие эвтектической структуры резко уменьшает пластичность, способность прессоваться, прокатываться, коваться и при некотором содержании эвтектики (обычно небольшом) такая обработка становится неосуществимой.
Наилучшую жидкотекучесть имеют металлы, кристаллизующиеся при постоянной температуре (чистые металлы, эвтектические сплавы). При переходе за предел растворимости при высокой температуре жидкотекучесть резко повышается.
Общий объем литейных пор плавно изменяется, но их размеры и распределение зависят от температурного интервала кристаллизации. При большом интервале литейные поры, как правило, мелки и распределены по всему сечению отливки. Плотность отливки будет мала, но по этой же причине небольшой будет и литейная усадка. При температурном интервале кристаллизации, равном нулю (чистые компоненты, эвтектика), образуется концентрированная усадочная раковина.
Дюралюминий — наиболее распространенный представитель группы алюминиевых сплавов, применяемых в деформированном виде и упрочняемый термической обработкой.
Он содержит 4 % Сu и 0,5 % Mg, а также марганец и железо.
Дюралюминий — сплав, по крайней мере, шести компонентов: алюминия, меди, магния, марганца, кремния и железа, хотя основными добавками являются медь и магний. Поэтому указанный сплав можно причислить к сплавам системы А1— Сu —Mg. Кремний и железо являются постоянными примесями, попадающими в сплав вследствие применения недостаточно чистого алюминия.
Перечисленные компоненты образуют ряд растворимых соединений (следовательно, вызывающих старение), таких как , фаза S, Mg2Si и нерастворимых соединений, таких как железистые и марганцовистые соединения.
Структура дюралюминия в отожженном состоянии (рис. 405, а) состоит из твердого раствора и вторичных включений различных интерметаллических соединений,
После закалки с оптимальных температур (600 "С) основное количество соединений и Mg2Si растворяется в алюминии, но соединения железа не растворяются. Поэтому в закаленном состоянии структура твердого раствора и нерастворимых включений соединений железа.
При нагреве выше 500—520°С происходит оплавление зерен по границам, и при охлаждении участки жидкой фазы превращаются в эвтектику.
Механические свойства после окончательной термической обработки (после закалки и старения) сильно зависят от температуры закалки. В результате повышения температуры закалки происходит растворение интерметаллических соединений, а после закалки получается пересыщенный твёрдый раствор, а после старения – более высокая прочность. Нагрев же выше определённой температуры вызывает перегрев (рост зерна, окисление и оплавление границ зерна), что приводит к катастрофическому падению прочности и пластичности. При термической обработке дюралюминия важно соблюдать температурный режим закалки.
Под группой алюминиевых сплавов, называемых силуминами, подразумевают сплавы с повышенным содержанием кремния. Силумины – наиболее распространённые литейные алюминиевые сплавы, широко применяемые только в литом виде (например, в авто- и авиастроении). Реже, кроме силуминов, в качестве литейных алюминиевых сплавов применяют сплавы алюминия с медью, магнием, цинком.
Для получения плотной отливки применяют сплавы с узким интервалом кристаллизации и, естественно, для этого подходят сплавы эвтектической концентрации.
Двойные алюминиевокремнистые и вообще высококремнистые сплавы слабо упрочняются в результате закалки и старения, но механические свойства этих сплавов можно существенно повысить при помощи особой обработки в жидком состоянии.
Жаропрочные алюминиевые сплавы
Есть детали, изготавливаемые отливкой или штамповкой из алюминиевых сплавов, которые работают при температурах порядка 200-300ºС и даже 350ºС (например, поршень, головка цилиндра и т.п.).
Применяемые для этих целей алюминиевые сплавы легируют такими элементами, как медь, магний, никель, железо, титан.
Для получения необходимых свойств эти сплавы подвергают закалке (перевод избыточных фаз в твёрдый раствор) и затем искусственному старению (стабилизация структурного состояния).
Практическое применение имеют медные сплавы с содержанием цинка до 45%, которые называются латунями. Цинк повышает прочность и пластичность сплава. Максимальной пластичностью обладает сплав с 30% цинка.
Литейные свойства латуней характеризуются малой склонностью к ликвации, хорошей жидкотекучестью, склонностью к образованию концентрированной усадочной раковины и, следовательно, большой усадкой.