Главная стр 1стр 2 ... стр 4стр 5
скачать
Макроструктурой называется строение металла, наблюдаемое на протравленном шлифе или в изломе и изучаемое невооруженным глазом или с помощью лупы с небольшим (х10 раз) увеличением.

Макроанализ позволяет установить:

1) строение металла или сплава в литых деталях или слитках (зернистое строение), наличие и характер распределения зон кристаллизации, усадочной рыхлости, пузырей трещин и т.д.

2) химическую неоднородность, получаемую в процессе кристаллизации (ликвация серы, фосфора, углерода и др. элементов).

3) неоднородность строения после горячей обработки давленем (прокатки. штамповки, ковки и т.д.) - волокнистсть, фигуры течения металла, полосчатость, группы линий скольжения (сдвига) в наклепанном металле.

4) неоднородность сотава и структуры, создаваемую термической и химикотермической обработкой - глубина и характер распределения закаленного, цементированного, азотированного. цианированного слоя.

5) характер излома металла или сплава. По излому можно установить характер разрушения: вязкое, хрупкое или вызванное усталостью.

Для выявления характера распределения серы по сечению детали (ликвации) применяют метод снятия отпечатка по Бауману. Сера с железом образует химическое соединение, располагающееся в виде легкоплавкой оболочки вокруг зерен (температура плавления- 988 град.), что является причиной хрупкости стали при ковке, литье и сварке, т.е. к р а с н о л о м к о с т и.

Общая ликвация фосфора, углерода и серы выявляется травлением исследуемой поверхности в 10-12% водном растворе двойной медноаммиачной соли соляной кислоты - реактив Гейна.

Фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию и придает стали хрупкость при обычной и низких температурах - х л а д н о л о м к о с т ь.

. Ликвация - химическая неоднородность металла (характер распределения элементов по сечению детали).



Зональная ликвация наблюдается в объеме слитка. По мере кристаллизации металл слитка все более обогащается разными примесями, поэтому химический состав в зонах будет различным.

Ликвация по плотности (удельному весу) наблюдается при сплавлении металлов сильно различающихся по плотности. Таким образом, верхняя часть слитка обогащается более легким металлом, а нижняя более тяжелым.

Дендритная (внутрикристаллическая) ликвация наблюдается в объеме зерна. Чем больше температурный интервал между началом и концом кристаллизации, тем больше будут отличаться по составу отдельные участки внутри зерна. В дендритах оси первого порядка обогащены более тугоплавким компонентом, междендритные пространства содержат наибольшее количество легкоплавких компонен

Шиферный излом.Определение. - резко выраженное слоистое строение (излом сухого дерева).. Причина - сильно выраженная ликвация или большое количество неметаллических включений.

Флокены представляют собой внутренние трещины, в основном, горячедеформированной легированной стали перлитного класса (серебристые овальные пятна на мелкозернистом или волокнистом фоне излома).

Причина образования флокен - присутствие в стали водорода.

Микроструктурой называется небольшой участок поверхности металла, наблюдаемый с помощью оптического или электронного микроскопов.

Микроскопический анализ позволяет установить

1) величину, форму и ориентировку зерен:

2) отдельные фазы и структурные составляющие;

3) изменение внутреннего строения металлов и сплавов в зависимости от условий их получения и обработки.



Под неразрушающими методами контроля понимаются физические (магнитные, ультразвуковые, лучевые) методы выявления дефектов.

Атомной структурой металлов называется пространственное расположение атомов в их кристаллической решетке

Микроструктурой называется небольшой участок поверхности металла, наблюдаемый с помощью оптического или электронного микроскопов. Позволяет установить величину, форму и ориентировку зерен, отдельные фазы и структурные составляющие, изменение внутреннего строения металлов и сплавов в зависимости от условий их получения и обработки.

Хрупкий излом имеет кристаллическое строение. В изломе видны форма и размеры зерен металла, так как излом происходит без значительной пластической деформации, и зерна не искажаются.

Кристаллический или зернистый излом наблюдается при хрупком разрушении стали пониженной вязкости и стали, испытанной ниже порога хладноломкости.

При нафталинистом хрупком изломе разрушение носит транскристаллический характер. Излом обладает избирательным блеском в связи с упорядоченным кристаллическим строением отдельных областей поверхности образца.

При камневидном хрупком изломе разрушение обычно бывает частично или полностью межкристаллическим, а металл имеет крупнозернистое строение.

При дендритном хрупком изломе разрушение литого металла происходит по границам сопряженных дендритных кристаллов.

Вязкий излом имеет волокнистое строение, форма и размеры зерен металла сильно искажены, т.к. разрушение сопровождается значительной пластической деформацией.

Волокнистый или матовый излом наблюдается при вязком разрушении, которому предшествовала значительная пластическая деформация.

Смешанный излом характерен для стали, разрушенной в переходном температурном интервале между верхним и нижним порогами хладноломкости, а также в условиях усталостного разрушения.

Усталостный излом имеет две зоны разрушения: усталостную с мелкозернистым строением, фарфоровидным, часто ступенчато-слоистым строением, иногда с отдельными участками блестящей как бы отшлифованной поверхности, и зону вязкого или хрупкого разрушения в зависимости от свойств и строения металла.

тов.


Полиморфизм - существование металлов в разных кристаллографических формах (полиморфных модификациях) в зависимости от температуры.

Анизотропия - различие химических, физических, механических свойств монокристалла в разных кристаллографических направлениях.

Химический состав находят главным образом фотоколориметрическим методом количественного анализа.

Когда не требуется большой точности, но необходимо срочно знать состав, сплава используют спектральный метод.

Более точные сведения о составе дает рентгеноспектральный анализ. При помощи микроанализаторов определяют состав фаз сплава, различных участков одного зерна, характеристики диффузионной подвижности атомов при химико-термической обработке.

Метод фрактографии (изучение изломов) дает возможность определить характер разрушения (хрупкое, пластичное, межзеренное, внутризеренное) и относительную скорость процесса, а также изменение этих характеристик по мере развития трещины, вследствие которой произошло разделение металла.

Для изучения строения кристаллической структуры твердых тел широко применяют рентгенографические методы исследования, позволяющие устанавливать связь между химическим составом вещества, его кристаллической структурой и свойствами.

Изменение размеров тел, связанных с нагревом и охлаждением, изучают на специальных дилатометрах. Дилатометрический метод позволяет определить критические точки металлов и сплавов, изучать процессы распада твердых растворов, а также дает возможность установить температуру, интервалы существования упрочняющих фаз и т. п.

Метод внутреннего трения основан на изучении необратимых потерь энергии механических колебаний внутри твердого тела. Можно рассчитать коэффициент диффузии с высокой точностью, в том числе при низких температурах, определить изменение концентрации твердого раствора, распределение примесей, получить информацию о фазовых, полиморфных превращениях и изменениях дислокационной структуры.

Электрические методы измерения (имеющих высокую чувствительность) широко используют для исследования фазовых превращений, дефектов тонкой структуры и других явлений, происходящих в сплавах.

Различные способы магнитного анализа используют при исследовании процессов, связанных с переходом из парамагнитного состояния в ферромагнитное (или наоборот), причем возможна количественная оценка этих процессов.

Магнитный анализ широко применяют для исследования влияния на структуру режимов термической обработки, деформации, легирования.

.

К наружным дефектам сварных швов относятся: наплывы, подрезы, наружные трещины шва и околошовной зоны, выплески, непровары корня, и несоответствие конструктивных элементов сварного шва.



К внутренним дефектам сварного шва относятся: перегрев металла шва и несплавление кромок, непровары, дефекты структуры шва и зоны термического влияния, внутренние трещины, шлаковые, газовые и металлические включения, несплошности.

К сквозным дефектам сварного шва относятся: свищи, прожоги, трещины, сплошные непровары.

В шве отсутствуют внутренние дефекты или имеются отдельные газовые, металлические и шлаковые включения не более одного на 100 мм длины шва - балл III (хорошее качество).

В шве отсутствуют трещины, свищи и непровары, но имеются отдельные газовые, металлические, шлаковые включения, их скопления и цепочки с суммарной протяженностью всех дефектов не более 10% длины контролируемого участка шва - балл II (удовлетворительное качество).

Если имеются отдельные газовые, металлические и шлаковые включения, цепочки и скопления дефектов более 1 на 100 мм длины, или протяженность более 10% длины - балл I (неудовлетворительное) качество. Непровары, трещины и свищи любых размеров не допускаются.

Внешним осмотром и измерениями выявляются наружные дефекты невооруженным глазом или лупой с увеличением до x10 для всех металлов и сплавов.



Дефектоскопия

Контролем красками и люминофорами выявляются дефекты размером от 0.002 до 0.5 мм для сталей аустенитного класса, нержавеющих сталей, титана и др.

Магнитно-порошковый метод применяется для выявления наружных дефектов размером не менее 0.1 мм для сталей ферритного класса для стыковых швов толщиной не более 8 мм.

Метод технологической пробы применяется для выявления внутренних дефектов: непроваров, перегрева металла шва и несплавление кромок.



Металлографическим методом выявляют дефекты структуры шва и зоны термического влияния, внутренние трещины, непровары, шлаковые и газовые включения, несплавление кромок неограниченных размеров.

Контроль просвечиванием проникающими излучениями выявляет непровары, газовые поры, металлические включения, трещины в шве и зоне термического влияния размером не менее 0.5 мм при толщине шва менее 100 мм.

Методом ультразвуковой дефектоскопии выявляют трещины, непровары, газовые и шлаковые включения площадью не менее 3 кв.мм при толщине шва не менее 6 мм.

Магнитно-порошковым методом выявляют трещины, непровары, газовые и шлаковые включения на глубине менее 5 мм, размером трещин более 0.1 мм, других дефектов площадью более 2 кв.мм при толщине не более 8 мм.

Магнитно-индукционным методом выявляют несплошности, шлаковые и металлические включения площадью не менее 2 кв.мм для сталей ферритного класса толщиной не более 20 мм.

Магнитно-графическим методом выявляют несплошности, шлаковые и металлические включения площадью не менее 3 кв.мм сталей ферритного класса, толщиной менее 6 мм.

Контроль вскрытием применяется для выявления трещин, непроваров, газовых и шлаковых включений неограниченных размеров всех металлов.

_

Под механическими испытаниями материалов понимается определение прочностных характеристик материалов (временное сопротивление при растяжении, относительное удлинение, ударная вязкость, предел усталости и др.)



Твердость материалов - сопротивление проникновению в его поверхность стандартного тела - наконечника (индентора), не деформирующегося при испытании. Твердость характеризует механические свойства металлов (прочность при растяжении, ударная вязкость и др.), а также некоторые технологические свойства (обрабатываемость резанием, ковкость, свариваемость и др.)

Временное сопротивление при растяжении, предел упругости, ударной вязкости, относительное удлинение, сужение характеризуют механические свойства материала

Твердость по Бринеллю измеряется отношением приложенной нагрузки 'P' (H) к поверхности полученного отпечатка (шарового сегмента) 'F' (мм^2) и обозначается 'HB'. Число твердости по Бринеллю выражается формулой НВ=2*P/(п*D(D-SQR(D^2-do^2)))

Твердость по Роквеллу - число отвлеченное и выражается в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению алмазного конуса при нагрузке 150 H (шкала C -HRC) и 60 H (шкала A - HRA) или стального шарика при нагрузке 100 H (шкала B - HRB) на 0.002 мм. Число твердости по Роквеллу выражается формулой HR=(k - h)/c.

Твердость по Виккерсу измеряется отношением приложенной нагрузки 'P' (H) к поверхности полученного пирамидального отпечатка 'F' (мм^2) и обозначается 'HV'. Число твердости по Виккерсу выражается формулой HV=1.854*P/d^2.

Твердость прибором Польди определяется путем сравнения площадей или диаметров отпечатков на образце и эталоне при динамическом вдавливании шарика по формуле НВо=НВэ*Sэ/Sо, где НВэ - твердость эталона, а Sэ и Sо - площади отпечатков на эталоне и образце.

Для отожженной стали определение твердости по Роквеллу проводится по шкале 'B'(наконечник - стальной шарик, нагрузка -100 кгс). Обозначение твердости -'HRB'.

Для закаленной стали определение твердости по Роквеллу проводится по шкале 'C'(наконечник - алмазный конус нагрузка -150 кгс). Обозначение твердости -'HRC'.

Для твердого сплава определение твердости по Роквеллу проводится по шкале 'A'(наконечник - алмазный конус, нагрузка -60 кгс). Обозначение твердости -'HRA'.

_

Прочность - способность материалов сопротивляться деформациям и разрушению. Большинство технических характеристик прочности определяют в результате статического испытания на растяжение.



Пластичность - способность материалов к пластической деформации, т.е. способность получать остаточное изменение формы и размеров без разрушения сплошности.

Вязкость - способность материалов поглощать механическую энергию внешних сил за счет пластической деформации и выражается в единицах работы.

Ударная вязкость оценивает вязкость материалов и устанавливает их склонность к переходу из вязкого в хрупкое состояние ударным испытанием надрезанных образцов на маятниковых копрах.

Характеристикой вязкости является ударно-надрезная вязкость, отношение работы затраченной на разрушение единицы поперечного сечения образца.

Статическая прочность - прочность, которой обладает сплав при быстром или медленном растяжении, сжатии, кручении, изгибе. Разрушение металла происходит либо вследствие отрыва - хрупкое разрушение, либо вследствие сдвига - вязкое разрушение. В практике разрушение происходит вследствие одновременного действия отрыва и сдвига.

Конструкционная прочность - прочность, при которой обеспечивается надежность работы детали. Определяется она стендовыми испытаниями при максимально допустимой нагрузке. Конструкционная прочность не соответствует статической прочности металла.

Динамическая или ударная прочность - прочность металла, определяемая при ударных испытаниях. Она имеет значение для суждения о прочности деталей, подвергающихся в эксплуатации динамическим нагрузкам. Она не используется в расчетах, но позволяет судить о надежности работы детали при соответствующих напряжениях и выявить чувствительность металла к концентраторам напряжений.

Временное сопротивление разрыву - напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения.

_

Усталость - разрушение материалов под действием повторных или знакопеременных нагрузок. Свойство материала сопротивляться усталости называется выносливостью.



Циклическая или усталостная прочность - характеризует металл при работе в условиях знакопеременных или многократно повторяющихся нагрузок. Она определяется по пределу выносливости (пределу усталости), т.е. по наибольшему напряжению, при котором металл выдерживает определенное число циклов изменений напряжений без разрушения.

Удельная прочность - характеризуется отношением временного сопротивления к плотности металла. Этот показатель используется для характеристики чистоты металла от неметаллических и газовых включений.

Длительная жаропрочность - напряжение, вызывающее разрушение за данный отрезок времени. Этот показатель используется для характеристики жаропрочных сталей.

Контактная прочность - это способность стали сопротивляться разрушенинию при контактировании поверхностей. Различают контактное смятие и разрушение вследствие образования питтинга - осповидного разрушения металла на поверхности.

Относительное удлинение - отношение удлинения образца до разрыва к расчетной начальной длине в процентах.

Относительное сужение - отношение уменьшения поперечного сечения образца после разрыва к расчетной начальной площади поперечного сечения.

Коэффициент пропорциональности, характеризующий упругие свойства материала, называется модулем нормальной упругости.



Механические свойства: прочность (временное сопротивление), пластичность, твердость, ударная вязкость.

Физические свойства: температура плавления, плотность, теплопроводность, электрическое сопротивление, коэффициент линейного и объемного расширения.

Химические свойства: способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами, коррозионная стойкость.

Технологические свойства: прокаливаемость, ковкость, штампуемость, жидкотекучесть, свариваемость.

Эксплуатационные или служебные свойства: хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность.

Жаропрочность - способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах.

Пределом длительной жаропрочности называется максимальное напряжение, которое вызывает разрушение образца при заданной температуре за определенное время.

Кратковременная жаропрочность - максимальное напряжение, которое вызывает разрушение образца при заданной температуре.

Ползучестью называется свойство металлов медленно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки при постоянной температуре.

Предел ползучести - это напряжение, которое за определенное время вызывает заданное суммарное удлинение или заданную скорость деформации.

Жидкотекучесть сплавов определяется длиной спирали при заливке жидкого металла при определенной температуре в специальную форму после затвердевания по методу Кери.

Штампуемость листовой стали определяется глубиной сферической лунки до появления первой трещины по методу Эриксена, ее формой (по окружности или нет), а также видом поверхности разрушения (гладкая или шероховатая). Штампуемость бывает глубокая и нормальная.

Свариваемость стали определяется путем наплавки валика на пробу по методу Кировского завода и характеризуется тремя оценками: 'хорошо'- если не дает трещин при охлаждении пробы водой снизу при наплавке; 'удовлетворительно'- если не дает трещин при охлаждении на воздухе; 'плохо' - если для предотвращения трещин требует подогрева.

Способность листового металла подвергаться холодному загибу определяется углом загиба до появления первого дефекта.

Способность проволоки или тонколистового металла к загибу с перегибом (перегиб) характеризуется количеством перегибов; проба на перегиб проводится до появления первого дефекта (трещины, надрыва, расслоения, отслоения покрытия или разрушения) образца при испытании на приборе НГ-1-3.

Способность канатной проволоки к скручиванию характеризуется количеством скручиваний до появления первого дефекта (трещины, отслоения покровного слоя, расслоения, надрыва или разрушения) на образце при испытании на приборе К-5.

Качество белой жести электролитического лужения при испытании на перегиб оценивается количеством перегибов до отслоения олова.

Сталь листовая углеродистая качественная по глубине лунки до появления первой трещины при испытании на вытяжку сферической лунки имеет две категории штампуемости: нормальной вытяжки и глубокой вытяжки.



Технологическими испытаниями (пробами) называются специальные механические испытания, при которых определяются некоторые условные характеристики, позволяющие судить о пригодности материала для конкретных видов технологической обработки (сварки, штамповки, загиба, резания, литья и т.п).

Для листовой стали проводятся технологические испытания на холодный загиб, свариваемость и скручивание полосы листа;

для труб - на сплющивание, раздачу и отбортовку;

для заклепочной стали - испытание на осадку в холодном и горячем состоянии, а также на образование головки;

для стали сварных цепей - на загиб и свариваемость.

При испытании твердости по методу Бринелля диаметр шарика выбирается в зависимости от толщины испытуемого образца:

При толщине образца более 6 мм диаметр шарика равен 10 мм.

При толщине от 3 до 6 мм диаметр шарика равен 5.0 мм,

при толщине от 1.6 до 3 мм диаметр шарика равен 2.5 мм,

при толщине от 1.3 до 1.6 мм диаметр шарика равен 2.0 мм,

при толщине от 0.6 до 1.3 мм диаметр шарика равен 1.0 мм.

Нагрузка выбирается в зависимости от материала по формуле P=k*D^2, где k=30 - для черных металлов, k=15 - для титановых сплавов, к=10 - для медных сплавов, к=5 - для легких сплавов (алюминий и магний), к=2.5 - для подшипниковых сплавов и к=1 для мягких сплавов (свинец и олово).

Время выдержки под нагрузкой выбирается в зависимости от твердости испытуемого материала в пределах 10 - 60 сек.

По диаграмме состояния системы сплавов Cu-Ag:

При содержании Ag=90% и температуре 1200 град. структура состоит из жидкости; при температуре 800 град. - жидкости + кристаллов твердого раствора альфа; при температуре 400 град. - смеси кристаллов твердых растворов альфа и бета + эвтектики (смесь альфа + бета).

При содержании Ag=95% и температуре 1200 град. структура состоит из жидкости; при температуре 800 град. - кристаллов твердого раствора альфа; при температуре 400 град.- смеси кристаллов твердых растворов альфа + бета.

При содержании Ag=5% и температуре 1200 град. структура состоит из жидкости; при температуре 800 град. - кристаллов твердого раствора бета; при температуре 400 град.- смеси кристаллов твердых растворов бета + альфа.

При содержании Ag=20% и температуре 1200 град. структура состоит из жидкости; при температуре 800 град. - жидкости + кристаллов твердого раствора бета; при температуре 400 град. - смеси кристаллов твердых растворов бета и альфа + эвтектики (смесь бета + альфа).



Для определения состава фаз, находящихся в равновесии при любой температуре, лежащей между линией ликвидус и солидус, нужно через данную температурную точку провести линию, параллельную оси концентрации до пересечения с линией солидус или ликвидус, тогда проекция точки пересечения этой линии с ликвидусом на ось концентрации укажет состав жидкой фазы, а точки пересечения с линией солидус - состав твердой фазы.

Для системы сплавов Cu-Ni при содержании в сплаве Ni=40% и температуре 1200 град. в жидкости Ni=30%, в твердом растворе альфа Ni=55%.

При содержании в сплаве Ni=60% и температуре 1300 град. в жидкости Ni=50%, в твердом растворе - альфа Ni=80%.

При содержании в сплаве Ni=80% и температуре 1350 град. в жидкости Ni=65%, в твердом растворе - альфа Ni=90%.



По диаграмме состояния системы сплавов Mg-Ge:

При содержании Ge=2% и температуре 1000 град. структура состоит из жидкости; при температуре 640 град.- жидкости + кристаллов Mg; при температуре 600 град. - кристаллов Mg + эвтектики (смесь Mg+Mg2Ge).

При содержании Ge=20% и температуре 1000 град. структура состоит из жидкости; при температуре 640 град.- жидкости + кристаллов Mg2Ge; при температуре 600 град. - кристаллов Mg2Ge+эвтектики (смесь Mg2Ge+Mg).

При содержании Ge=50% и температуре 1000 град. структура состоит из жидкости; при температуре 750 град.- жидкости + кристаллов Mg2Ge; при температуре 600 град. - кристаллов Mg2Ge+эвтектики (смесь Mg2Ge+Ge).

При содержании Ge=80% и температуре 1000 град. структура состоит из жидкости; при температуре 750 град.- жидкости + кристаллов Ge; при температуре 600 град. - кристаллов Ge + эвтектики (смесь Ge+Mg2Ge).

Степенью свободы сплава называется число вариантов изменения температуры, давления, концентрации без изменения числа фаз в системе.

Число степеней свободы определяется по формуле С = К - Ф + В, где К - число компонентов, Ф - число фаз, B - число внешних факторов (температура и давление). Причем, если принять давление постоянным, то В = 1)

По диаграмме состояния системы сплавов Pb-Sb:

При содержании Sb=10% и температуре 600 град. структура состоит из жидкости; при температуре 255 град. - жидкости + кристаллов Pb; при температуре 100 град. - кристаллов Pb + эвтектики (смесь Pb+Sb).

При содержании Sb=50% и температуре 600 град. структура состоит из жидкости; при температуре 300 град. - жидкости + кристаллов Sb; при температуре 100 град. - кристаллов Sb + эвтектики (смесь Sb+Pb).

При содержании Sb=13% и температуре 600 град. структура состоит из жидкости; при температуре 100 град. - эвтектика (механическая смесь кристаллов Pb + Sb).



Эвтектический сплав системы Pb - Sb состоит из Pb = 87% и Sb = 13%, на диаграмме состояния обозначается точкой 'С'

Для эвтектического сплава системы Pb - Sb при содержании Sb = 13% и температуре 247 град. число компонентов К = 2 (свинец и сурьма), число фаз Ф = 3 (жидкость + кристаллы твердых компонентов свинца + сурьмы), число внешних факторов В = 1 (температура), отсюда число степеней свободы С = 2 - 3 + 1=0.

Вещества, полученные сплавлением двух и более металлов или металлов с неметаллами (проникновение металла в металл или металла в неметалл), если они обладают металлическими свойствами, называются сплавами

Системой называется совокупность бесконечно большого числа сплавов (фаз в твердом, жидком и газообразном состоянии), образованных данными компонентами. В системе осуществляется обмен энергией, и происходят процессы диффузии.

Однородная часть системы (сплава), отделенная от другой части поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяется скачком, называется фазой.



Компонентами называются вещества, образующие систему и способные существовать самостоятельно. Компонентами могут быть чистые металлы (простые элементы) или их устойчивые химические соединения.

Равновесное состояние сплава определяется составом фаз, температурой и давлением.

Устойчивое равновесное состояние обладает минимальной свободной энергией.



Однофазный сплав состоит из одного вида кристаллов с одним типом кристаллической решетки.

Гомогенный сплав имеет однофазную структуру, у гетерогенного сплава структура состоит из нескольких фаз.

В твердом растворе замещения атомы растворимого металла не занимают особых мест в кристаллической решетке растворителя.

В твердом растворе внедрения атомы растворимого металла распределяются в промежутках атомов растворителя.

В твердом растворе вычитания наблюдается уменьшение числа атомов растворителя и появление свободных узлов в его кристаллической решетке (вакансии).



Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от их концентрации, температуры и давления. Однако практически давление принято постоянным и его влияние не рассматривается.

По диаграмме можно установить, какие превращения происходят в сплаве при их нагреве и охлаждении, а также температуры начала и конца плавления (кристаллизации). Можно оценить некоторые физические, механические и технологические свойства.

Критическая точка - это перегиб на кривой охлаждения сплава, соответствующий температуре фазовых или каких-либо превращений в металле.

Линия температур начала кристаллизации сплава (выше которой сплав находится в жидком состоянии) называется линией ликвидус.

Линия температур конца затвердевания (ниже которой сплав находится в твердом состоянии) называется - солидус.

Эвтектикой называется механическая смесь отдельных зерен компонентов, которая образуется из жидкости сплава, обладающего наименьшей температурой плавления. А сплав соответстующего состава называется эвтектическим.

Линии параллельные оси концентраций, соединяющие состав фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, называются конодами.



Правило фаз устанавливает количество фаз в сплаве определенного состава.

Правило концентрации определяет содержание компонентов в фазах при заданной температуре.



Концентрация жидкой фазы определяется точкой коноды, лежащей на линии ликвидуса при заданной температуре.

Концентрация твердой фазы определяется точкой коноды, лежащей на линии солидуса при заданной температуре.

Правило отрезков (рычага) определяет количественное соотношение фаз в период кристаллизации.

.

Для определения количественного соотношения фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, пользуются правилом рычага или правилом отрезков.

Для определения количества конкретной фазы необходимо взять отношения отрезков, противолежащего к определенной фазе, ко всему отрезку.

Правило Курнакова устанавливает связь между типом диаграммы состояния и физико-химическими свойствами сплавов.

Физико-химические свойства сплавов, образующие механические смеси (I тип), изменяются по линейной зависимости.

Наибольшей электропроводностью в сплаве системы Pb-Sb обладает сплав, содержащий 0%Sb (свинец).



Свойства сплавов, образующих неограниченные растворы (II тип) - изменяются по криволинейной зависимости.

Наименьшей прочностью в сплаве системы Cu-Ni обладает сплав, содержащий 0%Ni (медь).



Свойства сплавов, образующих ограниченные растворы (III тип) - в области однофазных растворов - изменяются по криволинейной зависимости, в двухфазной области - по линейной зависимости.

Для сплавов, образующих химические соединения (IV тип) - концентрации химического соединения соответствует максимум (или минимум) на кривой.



Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси. Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, но нерастворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений. Компоненты: 'А', 'B'; Фазы: жидкость 'L', кристаллы 'А','B'.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом состоянии и не образуют химических соединений. Компоненты: 'A','B'. Фазы: жидкость 'L', кристаллы твердого раствора альфа.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твердом состоянии и не образуют химических соединений. При этом ограниченная взаимная растворимость в твердом состоянии может меняться с изменением температуры. Компоненты: 'А','B'. Фазы: жидкость 'L', твердые растворы альфа и бета.

Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения. Химическое соединение характеризуется строго определенным соотношением компонентов, что отображается на диаграмме состояния вертикальной линией. Химические соединения играют роль самостоятельного компонента, разделяя общую диаграмму состояния на ряд отдельных диаграмм. Компоненты: 'А', 'В', 'AmBn'. Фазы: жидкость 'L', кристаллы 'А', 'В', 'AmBn'.

При большом расстоянии между линиями ликвидуса и солидуса сплавы склонны к сильной ликвации.



Лучшими литейными свойствами обладают двухфазные эвтектические сплавы.

Лучше деформируются в холодном состоянии однофазные сплавы (твердые растворы).

Лучше подвергаются обработке резанием двухфазные сплавы.

Лучше сопротивляются коррозии однофазные сплавы.

Для определения весового или объемного количества твердой фазы необходимо взять отношение отрезка, примыкающего к составу жидкой фазы, к длине всей коноды; для определения же количества жидкой фазы берется отношение длины отрезка, примыкающего к составу твердой фазы, к длине коноды.

Правило фаз также применяется для других двухфазных областей всех типов диаграмм состояния двойных систем.

Для системы сплавов Cu-Ni при содержании Ni=60% и температуре 1300 град. Отрезок ac=80-50=30%, ab=60-50=10% и bc=80-60=20%, отсюда Qж = bc/ac =20/30 = 67%, а Qa = ab/ac =1 0/30 = 33%.

При содержании Ni=80% и температуре 1350 град., отрезок ac= 90-65 = 25%, ab = 80-65 = 15%, bc = 90-80 = 10%, отсюда Qж = вс/ac = 10/25 = 40%, а Qa = ab/ac = 15/25 = 60%.

При содержании Ni=40% и температуре 1200 ГРАД., отрезок ac = 55-30 = 25%, ab = 40-30 = 10%, bc = 55-40 = 15%, отсюда Qж= вс/ас =15/25 = 60%, а Qа = ab/ac = 10/25 = 40%.

_

Различают теоретическую и фактическую температуру кристаллизации. Ts - теоретическая, или равновесная, температура кристаллизации, при которой Fж = Fтв. При этой температуре равновероятно существование металла, как в жидком, так и в твердом состояниях.

Реальная же кристаллизация начнется только тогда, когда этот процесс будет термодинамически выгоден системе, при условии F=Fж -Fтв, для чего необходимо некоторое переохлаждение.

Температура, при которой практически идет кристаллизация, называется фактической температурой кристаллизации - Tкр. Разность между теоретической и фактической температурой кристаллизации называется степенью переохлаждения:

?T = Ts -Tкр.

С ростом скорости охлаждения степень переохлаждения растет, и кристаллизация протекает при все более понижающейся температуре.

Помимо скорости охлаждения степень переохлаждения зависит от чистоты металла, чем чище металл, тем выше степень переохлаждения.

Для реальных металлов с ростом температуры переохлаждения скорости зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов растут.

От соотношения скоростей зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов зависит размер зерен.

При малом переохлаждении (при заливке металла в земляную форму с малой теплопроводностью или подогретую металлическую форму), скорость роста велика, скорость зарождения сравнительно мала.

В этом случае в объеме образуется сравнительно небольшое количество крупных кристаллов.

При увеличении температуры переохлаждения (заливка жидкого металла в холодные металлические формы) скорость зарождения возрастает, что приводит к образованию большого количества мелких кристаллов.

Источником образования зародышей служат различные твердые частицы: неметаллические включения, оксиды, продукты раскисления. Чем больше примесей, тем больше центров, тем мельче зерно.

Операция введения специальных веществ, которые при кристаллизации способствуют измельчению зерна, называется модифицированием.

При кристаллизации реальных слитков и отливок важную роль играет направление отвода тепла. В результате образуется разветвленный древовидный кристалл, называемый дендритом.

Структура стального слитка состоит из трех зон: наружной мелкозернистой зоны, средней зоны столбчатых кристаллов и центральной зоны равноосных кристаллов. Наружная мелкозернистая зона состоит из неориентированных в пространстве мелких кристаллов.

После образования корковой зоны температурный градиент в прилегающем слое жидкого металла падает и снижается степень переохлаждения. В результате из сравнительно небольшого числа центров кристаллизации в направлении отвода тепла, т.е. перпендикулярно к стенке изложницы, начинают расти столбчатые кристаллы, образующую вторую зону.



Третья зона - зона равноосных кристаллов. В центре слитка нет определенной направленности отвода тепла. Кристаллизация, при которой зоны столбчатых кристаллов стыкуются, называется транскристаллизацией.

Для цветных металлов транскристаллизация полезна, так как металл становится плотнее, а, учитывая его высокую пластичность, трещины при деформации не образуются.

Транскристаллизация стали нежелательна, так как на стыке двух кристаллов при деформации могут образоваться трещины.

_

Чистое железо - серебристо-светлый метал, атомный номер 26, атомный вес 55.85. Температура плавления равна 1539 град., плотность 7.85 г/см^3, Железо обладает невысокой твердостью и прочностью 80НВ и 25 кгс/мм^2 и хорошей пластичностью (50%).



Феррит - твердый раствор углерода в альфа-железе, с максимальной растворимостью углерода при T=727 град.- 0.02% и при комнатной температуре - 0.006%. Решетка - объемно-центрированный куб (ОЦК). Ферромагнитен до Т=768 град., имеет незначительную твердость (60-100 HB), и прочность (250 H/mm^2), но высокую пластичность (50%).

Цементит - химическое соединение железа и углерода (карбид железа), содержащий 6.67% углерода со сложной орторомбической решеткой. Цементит очень тверд(800НВ), хрупок, практически не обладает пластичностью. Магнитен при Т>210 град.

Перлит - механическая смесь феррита и цементита (эвтектоид), содержащая 0.8% углерода (состоит из 1/8 цементита и 7/8 феррита). Перлит имеет предел прочности 800 Н/mm^2, относительное удлинение 15%, твердость 160НВ.

Аустенит - твердый раствор углерода в гамма-железе с максимальной растворимостью углерода при Т=1147 град.-2.14%, при Т=727 град.-0.8%. Решетка - гранецентрированный куб. Аустенит немагнитен, его твердость - 160-220 НВ, пластичность довольно высокая: относительное удлинение 40%.

Ледебурит - механическая смесь аустенита и цементита (первичного), содержащего 4.3% углерода и образующаяся при Т=1147 град. При Т<727 град. ледебурит состоит из перлита и цементита. Ледебурит тверд (600-700 НВ) и хрупок.

Углерод - в природе встречается в виде двух модификаций: в форме алмаза, имеющего сложную кубическую решетку, и в форме графита, имеющего простую гексагональную решетку. Плотность графита 2.25 г/см^3,прочность 2 кгс/мм^2.

Сплав железа с углеродом при содержании С=0.4% имеет структуру: при Т>1500 град.- жидкость, при Т=1450-1500 град.- жидкость + аустенит, при Т=770-1450 град. -аустенит, при Т=727-770 град.- феррит + аустенит, при Т<727 град.- феррит + перлит.

Сплав железа с углеродом при содержании С=1.5% имеет структуру: при Т>1450 град.- жидкость, при Т=1250-1450 град.- жидкость + аустенит, при Т=950-1250 град. - аустенит, при Т=727-950 град.- цементит(2)+ аустенит, при Т<727 град. - цементит + перлит.

Сплав железа с углеродом при содержании С=3% имеет структуру: при Т>1300 град.- жидкость, при Т=1147-1300 град. - жидкость + аустенит, при Т=727-1147 град.- аустенит + ледебурит(1)+цементит(2), при Т<727 град.- перлит + ледебурит(2) + цементит(2).

скачать

следующая >>
Смотрите также:
Макроструктурой называется
1119.04kb.
Микроструктурный анализ
61.18kb.
Def Ненулевой вектор, называется корневым вектором
87.88kb.
Кодирование графической информации
177.55kb.
Особенности оптического способа считывания информации – царапины и непрозрачность подложки для обычного света
103.03kb.
Экзаменационные билеты по сольфеджио для выпускного класса
146.6kb.
Г решение Лобеческого съезда князей
38.33kb.
«Правда и ложь»
54.42kb.
Несовместными в данном опыте если появление одного из них исключает появление другого. События называется совместными
143.72kb.
Орные цветы особенно хороши. Они хороши потому, что они ближе к Богу. Они знают свет дня
144kb.
Главных вопроса: Как называется левая башня (на рисунке ближе к зрителю)?…Кутафья башня ( Предмостная) Как называется правая башня (на рисунке дальше от зрителя)? Троицкая башня
16kb.
Рациональные уравнения и неравенства. Определение. Рациональным уравнением называется уравнение вида, где
84.59kb.