Материаловедение (стр. 8 )

Вопросы для самопроверки

1. Что такое компонент, фаза, структурная составляющая

2. Какими условиями определяется образование неограничен­ного твердого раствора?

3. Назовите свойства химических соединений. Приведите примеры химических соединений наиболее часто встречающихся в в металлических сплавах.

4. Перечислите свойства твердых растворов.

5. Сравните твердые растворы и химические соединения. Пе­речислите их основные отличия.

6. Перечислите известные вам промежуточные фазы. Дайте краткую характеристику каждой из них.

Типичные диаграмм состояния двухкомпонентных металлических сплавов

Следует четко определять понятия: термодинамическая сис­тема, свободная энергия системы, компонент, фаза, термодинамическое равновесие системы.

Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристал­лизация) совершается в условиях, когда система переходит в термодинамически более устойчивое состояние с меньшей свобод­ной энергией. Для этого перехода необходимо наличие разницы в свободных энергиях твердой и жидкой фаз, причем энергия твердой фазы должна иметь более низкое значение. Процесс кри­сталлизации начинается с образования зародышей твердой фазы и продолжается в процессе роста их числа и размеров. Для описа­ния кристаллизации чистого металла достаточным является пост­роение термической кривой. При кристаллизации двухкомпонентных сплавов в равновесном состоянии используются диаграммы со­стояния, которые в удобной графической форме позволяют судить о их фазовом составе в любой точке диаграммы. Оценка количе­ства фаз в двухфазной области производится в соответствии с Правилом отрезков (рычага). Необходимо также разобраться в причинах, приводящих к образованию сплава переменного состава в процессе кристаллизации.

Фазовые превращения в твердом состоянии становятся возможными при наличие двух или нескольких типов решетки и у компонентов, составляющих систему, происходят двумя путями:

- обычным диффузионным по законам кристаллизации, анало­гичным законам, действующим при формировании твердых фаз из расплава;

- кооперативным (мартенситным), при котором из-за очень большой степени переохлаждения, приводящей к значительной раз­нице в свободных энергиях, в условиях подавления диффузии про­исходит мгновенная перестройка типа решетки.

При изучении диаграмм состояния следует усвоить основные их типы:

- диаграмму с неограниченной растворимостью компонентов,

- диаграмму эвтектического типа;

- диаграмму перитектического типа;

- диаграмму с образованием химического соединения. В реальных диаграммах состояния следует научиться находить основные типы превращений.

Литература (3,с.27-39,48-76; 4,с.109-144).

Вопросы для самопроверки

1.  Что такое диаграмма состояния (фазового равновесия)?

Какие методы ее построения вы знаете?

2. Перечислите основные типы диаграммы состояния.

3. В чем заключается суть эвтектачиского (перитектического) превращения?

4. Назовите известные вам механизмы фазовых превращений.

Состояние системы сплавов железо-углерод

Сплавы железа с углеродом представляют самую многочисленную группу конструкционных материалов. При их изучении существеннуо помощь оказывает диаграмма железо-углерод в метастабильном и стабильном вариантах. Чтобы разобраться в сути превращений, протекающих в этой системе, следует усвоить ха­рактеристики ее компонентов и обратиться к предыдущему разделу, в котором приводятся основные типы диаграмм состояния, часть которых входит в состав диаграммы железо-углерод.

Литература. (3,с.121-146; 4,с.159-180)

Вопросы для самопроверки

1.Какие фазовые превращения происходят в системе железо-углсрод?

2.Как можно получить углерод в форме графита в сплавах системы железо-углерод?

3. Что такое ледебурит, превращенный ледебурит; перлит?

4. В каком температурном интервале выделяется вторичный цементит? В сплавах с какой концентрацией углерода можно четко увидеть эту фазу?

Структура превращения в стали

Изучение этого раздела дает знания об основных фазовых и структурных превращениях, происходящих в сталях и приводя­щих к получению требуемых свойств. Перед рассмотрением каж­дого подраздела следует усвоить, что условия нагрева, изо­термической выдержки и охлаждения определяют фазовый состав, структурное состояние и, следовательно, свойства стали.

Процессы, происходящие при нагреве стали в аустенитную область, приводят к росту зерна. В этом плане различаются наследственно мелкозернистые и крупнозернистые стали. При рассмотрении процессов распада переохлажденного аустенита следует обратить внимание на различия, обусловленные характером охлаждения (непрерывное или с изотермической выдержкой). Значение диаграмм изотермического распада аустенита и термо-кинетических диаграмм для конкретных сталей велико, т. к. они достаточно полно характеризуют структуры, образующиеся при распаде аустенита и позволяют обоснованно назначать определенные виды термической обработки. Для успешного использова­ния диаграмм следует внимательно разобраться в зависимости структурных и фазовых превращений от температуры изотермиче­ской выдержки и условий охлаждения, четко усвоить, что в этом плане существуют диффузионное (перлитное), промежуточное (бейнитное) и сдвиговое (мартенситное) превращения.

Литература (3, с.157-191; 4.с.234-285).

Вопросы для самопроверки

1. Что такое верхняя критическая скорость закалки?

2. Как можно в стали 40 получить структуры:

- перлит + феррит;

- сорбит;

- бейнит;

- мартенсит?

3. Как влияет увеличение скорости охлаждения на количе­ство избыточной фазы в сталях неэвтектоидного состава?

4. Какими факторами определяется размер зерна при нагреве?

Виды термической обработки стали

Раздел посвящен классификации и описанию конкретных ви­дов термообработки. На основе материала предыдущего раздела, описывающего фазовые и структурные превращения в сталях, рас-сматриваются отжиг, нормализация, закалка, отпуск. При изу­чении каждого вида термообработки следует усваивать материал по следующей схеме:

- назначение термообработки;

- температурно-временной режим проведения;

- структурные превращения;

- изменение свойств, происходящее в результате термооб­работки.

Рассматривая комплексные виды термообработки при допол-нительном химическом (ХТО) или механическом (ТМО) воздействии к схеме рассмотрения следует добавить: в первом случае – какие среды используются для изменения химического состава поверхностного слоя детали, какая окончательная термообработка проводится; во втором случае – как и на каких материалах осуществляется механическая обработка перед закалкой при ТМО.

Литература (3,с.191-249; 4,с.285-311).

Вопросы для самопроверки

1.  Что такое отжиг? Как он подразделяется в зависимости от назначения?

2.  Какие виды закалки вы знаете? Чем вызвано изменение режимов охлаждения при закалки ниже температуры начала мартенситного превращения?

3.  Как изменяются прочностные и пластичные свойства при повышении температуры отпуска?

4.  Каково назначение низкого отпуска, среднего отпуска, высокого отпуска?

5.  Какие виды ХТО вы знаете? Перечислите их и кратко охарактеризуйте технологию проведения каждого вида.

6.  Что такое ТМО? Какие способы ТМО вы знаете? Кратко спишите схему проведения каждого способа и получаемые свойства.

Легированные стали: цели и принципы

Рассматривая этот раздел, следует прежде всего остановиться на влиянии легирующих элементов на критические точки диаграммы железо-углерод и положение линий изотермических диаграмм распада. Выяснить вопрос, как определяется структурный класс стали. Необходимо также усвоить влияние легирующих элементов на свойства сталей. Подразделение сталей по назначению на конструкционные, инструментальные и специальные определяются их эксплуатационными свойствами, зависящими от химического состава и структуры.

Следует также познакомиться с особенностями термообработки для каждого класса сталей. Особенно рекомендуется обратить внимание на явление красностойкости быстрорежущих сталей и пути ее повышения. Усвоить маркировку сталей.

Литература (3,с.250-328; 4,с.341-508).

Вопросы для самопроверки

1.  Какие структурные классы сталей вы знаете? Как определяется принадлежность стали к определенному структурному классу?

2.  Чем объяснить пониженное содержание углерода в штамповых сталях и в сталях для измерительного инструмента по сравнению с обычными среднелегированными инструментальными?

3.  Как можно повысить твердость закаленной быстрорежущей стали?

4.  Легирование какими элементами повышает жаропрочность, коррозионную стойкость?

Механическая прочность и структура металлов

При изучении этого вопроса следует обратить особое внимание на вопросы движения и взаимодействия дислокаций, связь этих процессов с упрочнением. Разрушение необходимо рассматривать как двухстадийный процесс зарождения и распространения трещины. Усвоить понятие конструктивной прочности как комплекса свойств материала. Установить связь прочностных и пластических характеристик со структурным состоянием материала.

Литература (3,с.77-114; 4,с.60-96).

Вопросы для самопроверки

1.  Какие типы разрушения вы знаете?

2.  Как влияют концентраторы напряжений на вид разрушения?

3.  Какие механизмы упрочнения вы знаете?

4.  Что такое критерий Гриффитса?

6.5.11.  Сплавы цветных металлов

Около 10% от общего объема металлических конструкционных материалов падает на долю цветных металлов. Особенно большое значение имеют медь, алюминий, титан и сплавы на их основе. Изучите состав, свойства и область применения медных сплавов – латуней и бронз, литейных и деформируемых алюминиевых сплавов на основе титана.

Литература (1,с.357-372, 374-377; 2,с.21-24; 3,с.332-354,369-374).

Вопросы для самопроверки

1. Назовите физико-химические и эксплуатационные свойства меди, алюминия и титана.

2. Сплавы на основе меди и их применение.

3. Сплавы на основе алюминия и их применение.

4. Сплавы на основе титана и их применение.

Основная литература

1. Технология конструкционных материалов: Учеб. для маши-носхроит. спец. вузов /, , и др.; Под общ. ред. . - 2-е изд.,перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985.-448 с.

2. Технология металлов /, , ­тьяков и др. - М.: Металлургия 1987. -800 с.

3. , Леонтьева . - М.:Машиностроение, 1980.-493 с.

4. Гуляев . - М.: Металлургия, 1978.-647с.

5. Материаловедение: Учеб. для втузов /, , и др.; Под общ. ред. .-2-е изд.,испр. и доп. –М.: машиностроение, 1986.-384 с.

Дополнительная литература

6. Технология конструкционных материалов /, , и др. — М.: Машиностроение, 1977-. 664с.

7. Технология металлов /, , -_ тьяков и др. - М.: Металлургия, 1976. -904 с.

8. Политехническай словарь /Под общ. ред. .-М.: Сов. энцикл., 1980.-656 с.

9. Мир металла. - М: Мир, 1980. -152 с.

10. , , Якушев металлургия. - М.: Металлургия, 1976.-568 с.

11. Ромм доменный процесс. - М.: Метал­лургия, 1980.-303 с.

12. Захаров основы цветных металлов. -М.: Металлургия, 1980.-225 с.

23. , Либенсон металлургия-М: Металлургия, 1960.-495 с.

14. Металлургия и материаловеде­ние: Справ. изд. /Пер. с нем. , ; Под ред. , . - М.: Металлургия, 1982. -479с.

15. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. Изд. /Под ред. , . - М.: Металлур­гия. 1983.

Т.1: Методы испытаний и исследований.-352 с.

Т.2: Основы термической обработки. - 366 с.

Т.3: Термическая обработка металлопродукции. - 216 с.

16. , Николаев 0.Н. Машиностроительные ста­ли: Справ. - 3-е изд.,перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981.-391 с.

17. , , и др. Марочник сталей и сплавов. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

18. Новиков кристаллического строения метал­лов. - М.: Металлургия, 1978.-392 в,

19. Бокштейн блуждают по кристаллу /Под ред. . - М.: Наука. Глав. ред. физ.-мат. лит., 1984. -208 с. (Б-чка "Квант". Вып.28).

20. , Колупаева свойства обычных металлов/Под ред. . - М.: Наука. Глав. ред. физ.-мат. лит., 1984.-192 с. (Б-чка "Квант". Вып.32).

21. Финкель трещины. - М.: Металлургия, 1980-160с.

22. Методическое руководство к изучению темы "Диаграмма рав­новесного состояния Fе-С" /Свердл. инж.-пед. ин-т.; Сост. . - Свердловск, 1983.