Материаловедение и технология материалов (стр. 2 )

Повысить качество стали можно также путем ее обработки в ковшах. Произво­дится вакуумная обработка в ковшах или обработка стали в ковшах синтетиче­скими шлаками, которые специально готовят в других печах. Если при вакуумной плавке и вакуумных переплавах сера практически не удаляется, при рафинировании синтетическими шлаками и электрошлаковом переплаве сера удаляется наиболее полно.

Выпишите в конспект влияние способа получения стали на ее качество. Разбе­рите, как влияет способ разливки на качество стали. Нужно знать разницу между кипящей и спокойной сталью и область применения кипящей стали. Наибольшее внимание уделите непрерывной разливке стали как наиболее прогрессивному способу, выпишите достоинства этого способа. Запомните, что способ непрерывной разливки широко применяется и в цветной металлургии.

Разберите строение стального слитка, возможные дефекты в нем и способ их предупреждения.

После изучения этой темы нужно уметь: 1) определять наиболее целесо­образный способ получения стали в зависимости от состава стали и ее назначе­ние; 2) объяснять влияние способа разливки на свойства стали и строение сталь­ного слитка; 3) объяснять влияние способа выплавки стали на ее качество; 4) объяснять, почему наиболее широкое развитие должны получать способы выплав­ки стали в кислородных конвертерах и в электрических печах.

Вопросы для самопроверки:

1. В чем отличие кислородного конвертера от конвертера, работающего на воздушном дутье? 3.Каково назначение регенераторов в марте­новской печи? 4.Каковы способы интенсификации мартеновского процесса? 5.Укажите свойства мартеновской кислой и основной стали и область их применения. 6.По схемам, имеющимся в учебниках, объясните устройство и работу дуговых электрических печей. 7.Сравните качество стали, получаемой в различных пла­вильных агрегатax. 8.Укажите технико-экономические показатели плавильных агрегатов. 9.В чем сущность обработки стали в ковшах? 10.В чем достоинства обработки стали синтетическими шлаками? 11.Какое имеет значение применение специальных способов получения стали? 12. Какие факторы определяет качество стали? 13.В чем сущность способа непрерывной разливки стали?

Раздел 2. Основы металловедения

Тема 2.1. Строение и кристаллизация металлов

Аморфные и кристаллические тела. Кристаллическое строение металлов. Элементарная кристаллическая решетка. Реальное строение металлов, кристаллизация металлов, кривые охлаждения. Анизотропия. Полимор­физм.

Методы исследования структуры металлов: макроскопический, микроскопический, рентгеноструктурный шал из. Методы неразрушающего контроля качества.

В настоящее время большинство деталей машин, приборов и аппаратов изго­товляют из металлов, поэтому изучение этого раздела нужно начать с атомно-кристаллического строения металлов. Уясните, какие кристаллические решетки наи­более часто встречаются среди металлов, сущность аллотропических превращений в металлах. Затем разберите дефекты кристаллического строения и процесс кристаллизации. Внешне металл никогда не имеет правильного кристаллического строения, так как процесс кристаллизации протекает путем зарождения центров кристаллизации и последующего их роста. Поэтому реальные металлы являются квазиизотропными веществами.

Выпишите в конспект и запомните, что свойства реальных металлов отличают­ся от идеальных, так как: 1) все реальные металлы являются поликристаллами;2)в кристаллическом строении имеется ряд дефектов (несовершенств). Разберите, какие виды несовершенств бывают в кристаллическом строении, а также на каких свойствах и как это отражается.

Уясните сущность и цель термического анализа, который используется при построении диаграмм состояния и изучении сплавов, так как дает возможность, определить критические точки, т. е. температуры, при которых в сплавах происхо­дят какие-либо превращения. Выпишите в конспект, что называется критической точкой, вычертите кривую охлаждения чистого железа, укажите на ней критиче­ские точки и запишите, какое превращение происходит в каждой критической точке.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие кристаллические решетки наиболее часто встречаются среди металлов? 2.Какие имеются дефекты в атомно-кристаллическом строении металлов? 3.Почему свойства реальных металлов отличаются от идеальных? 4.Какая разница между кристаллом и крис­таллитом? 5. Какова цель термического анализа? 6.Какое значение имеет определение критических точек? 7.Укажите температуры аллотропических пре­вращений железа. 8.Объясните схему рентгеновского просвечивания металлов. 9.В чем сущность определения дефектов в металлах магнитным способом?

2.2. Свойства металлов и сплавов

Физические (цвет, плотность, тем­пература плавления, магнитные свой­ства) и химические (окисляемость, кислостойкость и др.) свойства металлов, широко применяемых в технике.

Механические свойства металлов и методы их определения: статические испытания на растяжение (характери­стики прочности, упругости и пла­стичности); определение твердости металлов по Бринеллю, Роквеллу и Викерсу. Ударная вязкость и методы ее определения.

Технологические свойства: обраба­тываемость резанием, свариваемость, прокаливаемость и литейные свойства.

Методические указания

При изучении каждого метода в конспект записывайте его достоинства, недо­статки и область применения.

Нужно совершенно точно знать обозначения и единицы СИ, в которых выра­жаются различные физические величины.

При изучении испытания на растяжение вычертите в конспекте диаграммы растяжения для пластичных и хрупких материалов и укажите характерные точки на них. Нужно знать, какие характеристики прочности и пластичности определя­ются при испытании на растяжение. Выпишите в конспект все формулировки (пределов упругости, пропорциональности, условного и физического пределов текучести, предела прочности). Не путайте предел текучести и площадку текуче­сти. Предел текучести — характеристика прочности материала, а площадка теку­чести — характеристика пластичности.

Способы определения твердости находят очень широкое применение, так как требуют специальных образцов, просты в выполнении и производительны. Выпи­шите в конспект область применения каждого способа, его достоинства и недо­статки. Зная числа твердости по Бринеллю, можно приблизительно судить и о прочности материала. У мягких материалов чем больше твердость, тем больше и прочность. Однако нужно обязательно иметь в виду, что прочность и твер­дость — это не одно и то же.

Определение ударной вязкости особенно важно для материалов, которые идут на изготовление деталей, работающих с ударными нагрузками. Выпишите в кон­спект факторы, которые влияют на ударную вязкость, практически не влияя на другие свойства (величину зерна, количество фосфора в стали и др.).

Изучая испытания на усталость, вычертите кривую усталости и запишите, что называется пределом выносливости. Нужно знать, что разрушение при перемен­ных нагрузках может произойти при напряжении меньше не только предела прочности, но и предела текучести. Выпишите факторы, влияющие на предел выносливости, так как, зная эти факторы, можно повысить предел выносливости, а значит увеличить срок службы деталей.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие характеристики прочно­сти определяются при испытании на растяжение? З. То же, пластичности? 4.Как обозначается твердость по Бринеллю? Какова область применения этого способа? 5.В чем достоинства и недостатки способа Роквелла? 6.Какова область примене­ния способа Виккерса? 7.Как обозначается вязкость материала? Единицы вязко­сти. 8.Как обозначается предел выносливости? Какое практическое значение имеет его увеличение?

2.3. Основные сведения о металлических сплавах.

Диаграммы состояния двойных сплавов

Понятие о сплаве, компоненте, фазе, системе. Диаграммы фазового равновесия. Кривые охлаждения. Ти­пы диаграммы состояния сплавов для случаев образования механической смеси, неограниченных и ограничен­ных твердых растворов компонентов и химического соединения компонен­тов, связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния.

Методические указания

Перед тем как приступить к изучению диаграмм состояния, повторите термиче­ский анализ, построение кривых нагрева и охлаждения на основе опытных данных. Критические точки, т. е. температуры, при которых происходят превращения в каждом сплаве, соединяют и получают критические линии, каждая точка кото­рых показывает, при какой температуре происходит данное превращение в спла­вах разной концентрации. Выпишите в конспект, что называется компонентом, фазой, системой, сплавом, а также что может быть фазой. Запомните, что сплав — это сложное тело.

Диаграммы состояния показывают состояние сплава данных компонентов при любой концентрации и при любой температуре. Запомните, что диаграммы строят при медленном охлаждении, поэтому структуры на диаграмме соответствуют равновесному состоянию. Разберите критические точки сплавов как температуры фазовых превращений и структуры, получающиеся после каждого превращения. В конспекте укажите структуры в каждой области диаграммы и запишите, что они собой представляют.

Изучая диаграмму состояния сплава, компоненты которого в твердом состоя­нии не растворяются друг в друге (свинец—сурьма, олово—цинк), прежде всего, четко уясните, что собой представляет эвтектика. Она образуется в результате того, что компоненты друг в друге не растворяются, и представляет собой очень тонкую механическую смесь двух фаз. Так как обе фазы кристаллизуются однов­ременно при одной и той же температуре, то отдельные кристаллы обеих фаз не успевают вырасти до значительных размеров и образуют настолько мелкую механическую смесь, что их практически разделить нельзя. Поэтому эвтектика обладает специфическими, только ей присущими свойствами, которые резко отличаются от свойств входящих в нее компонентов. Обратите внимание на то, что температура окончательного затвердевания сплавов, образующих эвтектику, от состава сплава не зависит и на диаграмме образование эвтектики характеризу­ется горизонтальной линией. Из правила отрезков (правила рычага) видно, что состав жидкого сплава при температуре окончательного затвердевания всегда одинаковый, значит, и состав эвтектики во всех сплавах один и тот же, количест­во же эвтектики в разных сплавах разное и также определяется по правилу отрезков. Запомните, какие сплавы называются эвтектическими, до - и заэвтектическими. Заканчивая изучение диаграммы, разберите ликвацию по плотности, в каких случаях она может возникнуть и меры ее предупреждения.