27493-1 (692759), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

прочность металла повысится.

Давно известны способы упрочне­ния, ведущие к увеличению полезной плотности дислокации; это — механи­ческий наклеп, измельчение зерна и блоков мозаики, термическая обработка и т. д. Кроме того, известные методы легирования (т. е. внедрение в решетку чужеродных атомов), созда­ющие всякого рода несовершенства и искажения, кристаллической решетки, также являются методами создания - препятствий для свободного перемеще­ния дислокации (блокирования дислокаций).Сюда же относятся способы образования структур с так называемыми упрочняющими фазами, вызывающими дисперсионное твердение и др. Однако при всех этих способах упрочнения прочность не достигает теоретического значения. Следовательно, в той или иной степени наличие дислокации в реальном металлическом кристалле | является причиной более низкой его прочности по сравнению с теоретической, и одновременно придающей способность пластически деформироваться. Можно ли в связи с этим рассматривать способность металла к пластическому деформированию как его недостаток?

Опыт показывает, что способность реального металла пластиче­ски деформироваться является его важнейшим и полезнейшим свой­ством. Это свойство используют при различных технологических процессах — при протяжке проволоки, операциях гибки, высадки, вытяжки, штамповки и т. д. Большое значение оно имеет и для обе­спечения конструктивной прочности или надежности металлических конструкций, деталей машин и других изделий из металла. Опыт по­казывает. что если металл находится в хрупком состоянии, т. е. если его способность к пластическому деформированию низка, то он в изделиях склонен к внезапным так называемым хрупким раз­рушениям, которые часто происходят даже при пониженных нагруз­ках на изделие.

1.4. Характеристика твердых растворов замещения.

В жидком состоянии большинство металлических сплавов, приме­няемых в технике, представляет собой однородные жидкости, т. е. жидкие растворы. При переходе в твердое состояние во многих таких сплавах однородность сохраняется, следо­вательно, сохраняется и растворимость. Твердая фаза, образующаяся в результате кристаллизации такого сплава, называется твердым раствором.

Химический или спектральный анализ показывает в твердых растворах наличие двух элементов или более, тогда как по данным металлографического анализа такой сплав, как и чистый металл, имеет одно­родные зерна (рис. 3).

Рентгеновский ана­лиз обнаруживает в твердом растворе, как и у чистого металла, только один тип решетки.

Следовательно, в отличие от механической смеси твердый раствор является однофазным, состоит из одного вида кристаллов, имеет одну кри­сталлическую решетку; в отличие от химического соединения твердый раствор существует не при определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций.

Строение твердых растворов на основе одного из компонентов сплава таково, что в решетку основного металла-растворителя входят атомы растворенного вещества. Здесь возможны два принципиально различных случая: 1. твердые растворы замещения 2. Твердые растворы внедрения мы рассмотрим 1-вый.

Твердые растворы замещения: Металл А имеет, например, ре­шетку, изображенную на рис. 4, а. Растворение компонента В в ме­талле А происходит путем частичного замещения атомов А атомами В в решетке основного металла (рис. 4, б).

Рис4

а — чистый металл; б — твердый раствор замещения;

При образовании растворов внедрения и замещения атомы рас­творенного компонента распределяются в решетке растворителя беспорядочно.

При образовании твердого раствора сохраняется решетка одного из элементов и этот элемент называется растворителем. Атомы растворенного вещества искажают и изменяют средние размеры эле­ментарной ячейки растворителя.

При образовании твердых растворов замещения периоды решетки изменяются в зависимости от разности атомных диаметров растворенного элемента и растворителя. Если атом растворенного элемента больше атома растворителя, то элементарная ячейка, решетки увеличивается, если меньше, то сокращается. В первом приближении это изменение пропорционально концентрации растворенного компо­нента, выраженной в атомных процентах; однако отклонения от линейной зависимости бывают иногда до­вольно значительными.

Изменение параметров решетки при образовании твердых растворов — весьма важный момент, определяющий изменение свойств. В общем независимо от вида металла относительное упрочнение при образовании твердого раствора пропорционально относительному изменению параметров решетки, причем уменьшение параметров решетки ведет к большему упрочнению, чем её расширение.

Твердые растворы замещения могут быть ограниченные и неограниченные. При неограниченной растворимости любое количество атомов А может быть заменено атомами В. Следовательно, если увеличивается концентрация атомов В, то все больше и больше атомов В будет находиться в узлах решетки вместо атомов А до тех пор, пока все атомы А не будут заменены атомами В и, таким образом, как бы плавно совершится переход от металла Л к металлу В (рис. 5). Это. конечно, возможно при условии, если оба металла имеют одинаковую кристаллическую структуру, т. е. оба компонента являются изоморфными.

Следовательно, первым условием образования неорганического ряда твердых растворов является наличие у обоих компонентов оди­наковых кристаллических решеток, т. е. условие изоморфности ком­понентов.

Рис. 5. Кристаллические решетки твердых растворов аамещения при неограниченной растворимости компонентов

Если у двух металлов с одинаковыми кристаллическими решет­ками сильно различаются атомные радиусы, то образование твердых растворов между этими металлами сильно искажает кристаллическую решетку, что приводит к накоплению в решетке упругой энергии когда это искажение достигает определенной величины, кристалли­ческая решетка становится неустойчивой и наступает предел раство­римости.,

Итак, вторым условием образования неограниченных твердых растворов является достаточно малое различие атомных размеров компонентов.

Наконец, замечено, что неограниченная растворимость наблю­дается преимущественно у элементов, близко расположенных друг от друга в периодической таблице Д. И. Менделеева, т. е. близких друг к другу по строению валентной оболочки атомов, по физической природе.

Если кристаллические решетки и неодинаковы, но близки, похожи, например гранецентрированные кубические и тетрагональные, то возможен плавный переход от одной решетки к другой с образованием и в этом случае неограниченного твердого раствора.

Если сплавляемые металлы принадлежат к далеко расположен­ным друг от друга группам Периодической системы и поэтому имеют различную физическую природу, то они часто бывают склонны к образованию химических соединений, а не твердых растворов.

Если два металла не отвечают перечисленным выше условиям, то они могут ограниченно растворяться друг в друге. Замечено, что растворимость тем меньше, чем больше различие в размерах атомов и в свойствах, компонентов, образующих раствор. Ограниченная рас­творимость в большинстве случаев уменьшается с понижением тем­пературы.

Контрольная работа №2

1.1 Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, спишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0⁰ до 1600⁰ /с применением правила фаз / для сплава, содержащего 0,3%С.

2.2. Отжиг. Цель и назначение диффузионного, изотермического отжига.

Отжиг — термическая обработка, при которой сталь нагревается выше Ас₃(или только выше Ас₁ — неполный отжиг) с последующим, медленным охлаждением. Нагрев выше Ас₃ обеспечивает полную перекристаллизацию стали. Медленное охлаждение при отжиге ' Обязательно должно привести к распаду аустенита и превращению его в перлитные структуры. Нормализация есть разновидность от­жига, при нормализации охлаждение проводят на спокойном воз­духе, что создает несколько более быстрое охлаждение, чем при обычном отжиге. И в случае нормализации превращение должно произойти в верхнем районе температур с образованием перлита, но при несколько большем переохлаждении, что определяет некоторое различие свойств отожженной и нормализованной стали.

Отжиг и нормализация обычно являются первоначальными операциями термической обработки, цель которых — либо устранить Некоторые дефекты предыдущих операций горячей обработки (литья, ковки и т. д.), либо подготовить структуру к последующим технологическим операциям (например, обработке резанием, закалке). Однако довольно часто отжиг, и особенно нормализация, являются окончательной термической обработкой. Это бывает тогда, когда после отжига или нормализации получаются удовлетворительные с точки зрения эксплуатации детали свойства и не требуется их 1ьнейшее улучшение с помощью закалки и отпуска.

Основные цели отжига: перекристаллизация стали и устранение внутренних напряжений или исправление структуры.

Обе эти задачи выполняются обычным полным отжигом, заключающимся в нагреве стали выше верхней критической точки с последующим медленным охлаждением. Феррито-перлитная струк­тура переходит при нагреве в аустенитную, а затем при охлаждении аустенит превращается обратно в феррит и перлит, т. е. Происходит полная перекристаллизация.

Структура, состоящая из крупных зерен перлита и феррита, какая часто бывает после литья или ковки, после такого отжига превращается в структуру из мелких зерен феррита и перлита.

Если нет необходимости изменить расположение ферритной составляющей, если исходная структура не очень крупнозерниста, и не имеет характера видманштеттовой структуры, то достаточно провести более низкий нагрев — выше Ас₁, но ниже Ас₃. При этом произойдет лишь перекристаллизация перлитной составляющей, но не ферритной. Это будет так называемый неполный отжиг). Неполный отжиг—более экономичная операция, чем полный, так как нагрев в этом случае осуществляется до более низ­ких температур.

Если исходная структура хорошая и нет необходимости в пере­кристаллизации, а требуется только снизить внутренние напряже­ния, то нагрев под отжиг ограничивают еще более низкими тем­пературами, ниже критической точки. Это будет низкий отжиг. Очевидно, что эта операция относится к первой группе видов термической обработки (отжиг I рода, тогда как полный и не­полный отжиг относится во второй группе (отжиг II рода, или фазо­вая перекристаллизация). Если исходное состояние имеет структуры закалки (бейнит, мартенсит) то такую операцию правельнее назы­вают высоким (смягчающим) отпуском.

Литая сталь обычно характеризуется неоднородностью состава, дендритной и зональной ликвацией. Нагрев до высоких температур и выдержка при них приводят к устранению или смягчению дендритной неоднородности. Такая операция называется гомогенизацией, или диффузионным отжигом. В результате высокого нагрева (обычно до 1000—1100°С) и длительной выдержки наблюдается сильный рост зерна, и поэтому после такой обработки структура получается крупнозернистой и требуется дополнительная операция термической обработки для исправления структуры (обычный отжиг).

Если диффузионный отжиг был применен к слиткам, которые будут подвергаться пластической деформации (прокатке, ковке), то необходимость в последующем отжиге отпадает, так как крупнозернистая структура исправится пластической деформацией.

Неполный отжиг заэвтектоидных сталей называют также сфероидизацией, так как это — основной способ получения зернистого перлита. Выше было отмечено, что для получения зернистого перлита нагрев должен не на много превосходить критическую точку Ас₁, в противном случае получается пластинчатый перлит. Структурой зернистого перлита должны обладать инструментальные стали, так как это обеспечивает хорошую обрабатываемость режущим инстру­ментом и малую склонность к перегреву при закалке.

При отжиге скорость охлаждения должна быть такова, чтобы успели произойти превращения аустенита при малой степени переохлаждения. Практически скорость охлаждения не должна быть больше 50—100 °С/ч, что достигается охлаждением в печи. В заводской практике с целью экономии времени чаще проводят так на­зываемый изотермический отжиг. Для этого сталь, нагретая выше верхней (или только нижней) критической точки, охлаждается быстро (точнее с любой скоростью) до температуры, лежащей на 50—100 °С ниже равновесной точки А₁ и при этой температуре вы­держивается столько, сколько необходимо для полного распада аустенита. Поскольку температуру контролировать легче, чем скорость охлаждения, такой отжиг дает более стабильные ре­зультаты. В настоящее время изо­термический отжиг применяют чаще, чем отжиг с непрерывным охла­ждением, особенно для легированных сталей, так как это сокращает про­должительность операции.

2.3. Назовите режим термической обработки / температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска / фрез из стали У12. Опишите сущность проходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термообработки.

Сталь У12: содержание С – 1,15-1,24

Mn – 0.15-0.35

Cr - <0,15

Фреза из стали указанной группы должны закаливаться в воде, с температуры 790⁰ С, с последующим низким отпуском 180-200⁰ С. Твердость рабочей части ­– 60-62 HRC.

Ин­струмент из этих сталей имеет, как правило, незакаленную сердце­вину.

Сущность происходящих процессов такова: происходит неполная закалка, при которой нагрев производят до температуры, лежащей выше линии А₁, но ниже А₃ и в структуре стали сохраняется заэвтектоидный цементит, структура мартенсит+цементит. Внутренние напряжения создают значительную хрупкость поэтому после закалки производится обязательный отпуск.

2.4. Опишите в каких отраслях промышленности особенно перспективно применение титана и сплава титана.

Области применения сплавов. Титан и его сплавы используют там, где главную роль играют высокая удельная прочность и хорошая сопротивляемость коррозии. Титановые сплавы применяют в авиации (обшивка самолетов, диски и лопатки компрессора и т. д.), в ракетной технике (корпуса двигателей, баллоны для сжатых и сжиженных газов, сопла и т. д.) — в химическом машиностроении (оборудование для таких сред, как хлор и его растворы, теплообменники, работаю­щие в азотной кислоте и т. д.), судостроении (гребные винты, обшивки морских судов, подводных лодок н торпед), в энергомашиностроении (диски и лопатки стационарных турбин), в криогенной технике и т. д.

В настоящее время титан широко используется в ракетно-космической и авиационной технике, в судостроении и транспорт­ном машиностроении, где особенно важную роль играют малая плотность в сочетании с высокой прочностью и сопротивляемостью коррозии. Из сплавов титана делают обшивку фюзеляжа и крыльев сверхскоростных самолетов, панели и шпангоуты ракет, морскую аппаратуру и обшивку корпусов судов, диски и лопатки тур­бин. Титановая обшивка морских судов не обрастает ракуш­ками.

Благодаря пластичности и вязкости при низких температурах, титановые сплавы начинают применяться в холодильной и крио­генной технике.

Высокая коррозионная стойкость в различных средах делает сплавы титана перспективными для применения в пищевой про­мышленности. Некоторые пищевые продукты могут портиться от контакта со сталью, тогда как титан не придает им постороннего запаха, цвета или вкуса.

Титан используется в медицине благодаря высокой устойчи­вости в тканях человеческого организма. Титан не отторгается костной и мышечной тканями и легко обрастает ими. По своей биологической инертности превосходит все известные коррозионно-стойкие стали и сплавы.

Несмотря на то, что пока стоимость титановых сплавов примерно в 8 раз превышает стоимость коррозионно-стойких хромоникелевых сталей они имеют широкие перспективы применения в различных отраслях народ­ного хозяйства, являясь важнейшими конструкционными мате­риалами недалекого будущего.

Список использованной литературы:

Гуляев А.П. металловедение. М.: Металлургия, 1986. – 554 с.

Ляхтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия , 1984. – 360 с.

Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983. – 526

8

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)