Материаловедение и технология конструкционных материалов (стр. 3 )

 

τ

Ф = 3 С = 2 – 3 + 1 = 0 фазовое превращение происходит при

постоянной температуре

t

τ

 

Уяснив математическую зависимость правила фаз, научитесь при­менять ее для анализа конкретных сплавов при различных температурах. Например, сплав с 20% Ni системы Си-Ni (рис. 3 приложения). При температурах выше линии ликви­дуса и солидуса этот сплав находится в однофазном состоя­нии: в первом случае фазой является жидкость, во втором - а - твердый раствор, с = 2-1 + 1 =2, т. е. можно изменять температуру и концентрацию без изменения количества фаз, разумеется, в определенных пределах. При температурах между линиями ликвидус и солидус сплав находится в двух­фазном состоянии: а - твердый раствор и жидкость, с=2- 2+1 = 1, следовательно можно изменять температуру сплава от линии ликвидус до линии солидус, не изменяя фазо­вого состояния. Кривая охлаждения такого сплава будет иметь два перегиба в точках ликвидус и солидус. Горизонтальная площадка на кривой охлаждения - температурная задержка во времени - получается при с = 0, для двойных сплавов (состоящих из двух компонентов) Ф=3. В приведенном при­мере сплав такой точки не имеет. Вторым важным правилом, которым нужно научиться пользоваться при анализе диаграмм состояния, является пра­вило отрезков. Рассмотрим его на том же примере: сплав 20% Ni и 80% Си находится при температуре 1150оС (рис. 3 приложения). Кристаллы а, которые образуются из жидкого сплава при его охлаждении, имеют переменный состав, непрерывно меняется состав и жидкой фазы. Естест­венно, изменяется и количественное соотношение фаз. Для определения всего вышесказанного проводится горизонталь­ная линия через точку, характеризующую сплав при задан­ной температуре, до пересечения с ближайшими линиями диаграммы. Точки пересечения проецируются на ось кон­центраций. Проекция точки с ликвидус показывает концен­трацию жидкой фазы ( 10% Ni, ~90% Си) при темпера­туре 1150°С, а с солидус - твердой фазы (~28% Ni, ~72% Си). Количество каждой фазы определяется из отношения отрезков , .

Для того чтобы разобраться с более сложной и важной диаграммой Fe-Fe3C, уясните основные типы диаграмм: 1) отсутствие растворимости компонентов в твердом состоя­нии; 2) растворимость в твердом состоянии; 3) образование химических соединений. установил связь между диаграммами состояния и свойствами сплавов. Уяс­ните эту связь.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое система, компонент, фаза, структура, сплав?

2.  В чем заключается термический метод построения ди­аграмм сплавов?

3.  Что такое эвтектика? Опишите процесс кристаллизации эвтектики.

2.1.2. Железоуглеродистые сплавы

2.1.2.1. Диаграмма состояния системы железо-цементит

Железоуглеродистые сплавы являются важнейшими спла­вами, широко применяемыми в различных отраслях народно­го хозяйства для изготовления деталей машин и конструк­ций, поэтому изучению их строения, свойств и методам полу­чения у них этих свойств нужно уделить большое внимание.

Изучение данной темы нужно начать с рассмотрения свойств и строения чистого железа при различных темпера­турах, его полиморфизма. Изучить свойства чистого углеро­да, уделив особое внимание графиту, и взаимодействие угле­рода с железом.

Диаграмму состояния сплавов системы железо-цементит нужно научиться анализировать по основным точкам, линиям, областям, знать условия образования и существования равно­весных фаз сплавов железа с различным содержанием угле­рода и их свойства. Иметь представление о стабильной диаг­рамме железо-графит и условиях образования свободного графита в железоуглеродистых сплавах.

Вопросы для самопроверки

1.  Кто из ученых считается основоположником диаграммы сплавов системы железо-цементит?

2.  Вычертите диаграмму сплавов системы железо-цемен­тит и покажите, какие структуры существуют в равновесном состоянии у железоуглеродистых сплавов при различных тем­пературах.

3.  Какие фазы образуются в системе сплавов Fe-Fe3C и Fe-С?

2.1.2.2. Углеродистые стали

Уяснить влияние углерода и постоянных примесей на мик­роструктуру, механические и технологические свойства стали. Изучить современную классификацию и маркировку сталей по назначению и качеству согласно ГОСТ 380-2005, ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1435-99 и области их применения.

Вопросы для самопроверки

1. Как влияют углерод и постоянные примеси на свойства углеродистой стали?

2. Как классифицируется и маркируется углеродистая сталь?

2.1.2.3. Чугуны

Изучить влияние углерода и примесей на строение и свой­ства чугуна. Разобраться с условиями графитизации чугуна, получением, строением и свойствами белого, серого, ковкого и высокопрочного чугуна, их маркировкой по ГОСТ 1412-85, ГОСТ 1215-79, ГОСТ 7293-85 и областью их применения.

Вопросы для самопроверки

1. Как влияют углерод и примеси на строение и свойства чугуна?

2.  Как классифицируются и маркируются чугуны?

2.1.2.4. Легированные стали

Изучение этой части начните с классификации примесей. Рассмотрите влияние легирующих элементов на полиморфизм железа, на свойства феррита и аустенита, на положение кри­тических точек, структуру и свойства стали. Разберитесь, ка­кие элементы образуют в стали карбиды, что они собой пред­ставляют, как влияют на ее свойства. Уясните основные де­фекты, встречающиеся в легированной стали (дендритная ликвация, флокены). Внимательно разберитесь с классифи­кацией и маркировкой легированной стали по ГОСТ 4543-71.

Вопросы для самопроверки

1. Как влияют легирующие элементы на критические точ­ки, структуру и свойства стали?

2.  Как классифицируются и маркируются легированные стали по ГОСТ?

2.1.3. Термическая обработка стали и чугуна

2.1.3.1. Основы теории термической обработки стали и чугуна

Изучение теории термической обработки, которая строит­ся на основе общей теории фазовых превращений переохлаж­денных систем, нужно начать с повторения материала по тео­рии сплавов. Представив мысленно, что любая термическая обработка заключается в нагреве сплава, выдержке и охлаж­дении, разберите процессы, происходящие в сплавах поэле­ментно. Сначала уясните, как происходит образование зерна аустенита при нагреве, какие наблюдаются разновидности его роста при этом (наследственная величина зерна в стали), что такое действительное зерно и как определяется его вели­чина. Затем рассмотрите, что происходит при выдержке стали при температурах образования аустенита. Только после изучения этих превращений перейдите к рассмотрению пре­вращений аустенита при охлаждении. Здесь нужно внима­тельно разобраться, что собой представляет перлитное пре­вращение, мартенситное и промежуточное превращения. Все эти превращения рассмотрите по диаграмме изотермического превращения аустенита для эвтектоидной стали, уясните ее теоретическое и практическое значение. Разберитесь с пре­вращениями аустенита при непрерывном охлаждении.

Вопросы для самопроверки

1. Что понимают под «наследственностью» зерна аустени­та в стали, ее разновидности?

2.  Какие происходят превращения в стали при ее охлаж­дении?

2.1.3.2. Технология термической обработки стали и чугуна

Изучение технологии термической обработки стали и чу­гуна начните с рассмотрения современной классификации видов термической обработки.

Разберитесь с различными видами отжига, уяснив, какие цели преследует каждый отжиг, его режим проведения. Нор­мализация как разновидность отжига. Четко уясните, какой вид термической обработки называется закалкой, ее разно­видности для сталей по температуре нагрева и технологии проведения. Познакомьтесь с применяемыми на практике ох­лаждающими средами, уяснив этапы механизма охлажде­ния в них. Необходимо знать определение закаливаемости и прокаливаемости стали, дефекты в стали, возникающие при закалке, и возможности их предупреждения. Технология от­пуска и его разновидности, для каких целей применяется каждый вид отпуска. Иметь понятие о термомеханической обработке стали. Познакомиться с поверхностной закалкой стали при различных способах нагрева: индукционном, га­зопламенном, лазерным лучом. Нужно знать особенности тер­мической обработки легированной стали, уяснить назначение и технологию проведения обработки холодом.

Вопросы для самопроверки

1. Привести классификацию видов термической обработки.

2. Какие цели преследуются при отжиге, нормализации, закалке и отпуске?

3. В чем заключаются особенности термической обработ­ки легированной стали?

2.1.3.3. Основы химико-термической обработки

Подробнее разобрать сущность происходящих процессов и технологию проведения основных видов химико-термичес­кой обработки (ХТО): цементации, азотирования, цианиро­вания и диффузионной металлизации.

Виды ХТО предлагается изучать по следующей схеме: сущность конкретного вида ХТО, получаемые свойства, мар­ки сталей, применяемые при этом, для каких деталей можно использовать процесс, какая требуется подготовка детали перед процессом, технология проведения ХТО и ее разновид­ности, последующая термическая, механическая обработки.