Диаграммы Курнакова

Если отрезок оси абсцисс (ОХ) разделить на 100 частей, то точки этого отрезка будут соответствовать процентному составу 2-х компонентного сплава. Если по оси ординат (OY) отложить при этом температуру, то получим координатную сетку так называемой диаграммы фазового состояния сплава. Каждая точка диаграммы соответствует определенному составу сплава от заданной температуры, линии на диаграмме отмечают температуры изменения фазового состояния, а поля, ограниченные этими линиями, характеризуют обл состояния различного фазового состояния.

Рассмотрим некоторые типы диаграмм состояния и связь свойств сплавов с их составом.

Например, для твердых растворов с замещением с неограниченной растворимостью вид диаграммы состояния будет следующим:

Верхняя линия на диаграмме состояния представляет геометрическое место точек начала кристаллизации или конца плавления (линия ликвидус), нижняя линия – место точек конца кристаллизации или конца плавления (линия солидус).

Таким образом изменяются удельное электрическое сопротивление, прочность и твердость материала.

Самостоятельно объяснить почему именно так!...

Для случае когда сплав образован полностью нерастворимыми друг к другу компонентов (механические смеси) диаграмма состояния будет выглядеть следующим образом:

Солидус будет представлять собой прямую горизонтальную линию, а ликвидус будет ломаной линией, в одной точке касающаяся линии солидус. Точка, в которой соприкасаются линии, называется точкой эвтектики (эвтектикос – (греч) легкоплавкий). Зависимость свойств для того же сплава будет представлять собой почти прямую линия, т.к. сплав представляет собой чисто механическю смесь из кристаллитов 2-ух элементов, и только вблизи точки эвтектики эта зависимость примет другой вид.

Поскольку в точке эвтектике происходит одновременная кристаллизация обоих компонентов и протекает она быстро, то образуется очень тонко дисперсная механическая смесь кристаллитов, т.е. эти кристаллиты получаются маленькими, следовательно меняются и свойства.

Рассмотрим диаграмму для сплавов с ограниченной растворимостью.

Слева твердый раствор примеси и растворителя, справа твердый раствор, но там компоненты поменялись местами.

Свойства меняются комбинированно. до точки, где существует твердый раствор свойства меняются так как бы менялись для раствора с неограниченной растворимостью…

21.02.08

Лекция №3

Железо

Железо – один из самых распространенных веществ на земле. Это серебристо белый пластичный металл.

При обычном давлении существует три кристаллических полиморфных модификации железа. До температуры 910 существует модификация (объемно-центрированная кристаллическая решетка), внутри этой модификации без изменения типа кристаллической решетки наблюдается фазовый переход второго рода. При 760 С происходит переход из ферро𝛽𝜔магнитного состояния в парамагнитное. Железо по прежнему находясь в ОЦК называется . Выше 910 С до 1392 С (ГЦК – решетка). Последний фазовый переход – свыше 1392 С наблюдается , которая снова соответствует ОЦК решетки, но с другим параметром решетки. Идентичность и не доказана. Температура плавления железа 1535 С, температура кипения - 2750 С.

Стали и чугуны

Является основными сплавами железа и представляют собой сплав железа с углеродом. В основе разделения сплавов на стали и чугуны лежит диаграмма метастабильного состояния равновесия системы (цементит). При достижении стабильного состояния распадается на железо и углерод. Твердый раствор углерода в называется ферритом.

Феррит + цементит (смесь 2-ух структур) образуют структуру перлита, который в зависимости от дисперсности может называться либо сорбитом (средне дифференцированный перлит) либо траститом (тонко дифференцированный перлит). Твердый раствор углерода в называется аустенитом. Ледебурит – хрупкая структура, характеризующаяся выделением чистого углерода между зернами поликристалла (стали или чугуна).

Стали и чугуны различаются в первую очередь содержанием углерода. Сплавы с концентрацией углерода меньшей 2.14 мас% (точка, соответствующая максимальной растворимости углерода в железе) углерода называются сталями, а сплавы с концентрацией углерода более 2.14 называются чугунами. В результате различного содержания углерода в сплаве образуются и разные структуры, что определяет различие в механических и физико-химических свойствах сплавов.

Стали более пластичные и менее хрупкие, ковкие. Чугун достаточно хрупкий сплав (неистераемый, жаростойкий).

Чугун – литейный сплав, отличается от стали более легким литьем и при механической обработке дает очень гладкие качественные поверхности.

По структурным свойствам стали подразделяют на доэвтектоидные и заэвтектоидные относительно точки эвтектики для сплавов 0.8% углерода. В первом случае образуется перлитно-ферритная структура, а во втором перлитно-цементитная. Цементит вообще очень твердый материал, не очень устойчивый химически. С увеличением концентрации углерода в стали, она становится тверже.

Требования к стали: сочетание высокой прочности, достаточной вязкости и хорошей технологичности. Все конструкционные стали подразделяются на: стали обыкновенного качества, качественные углеродистые стали, низколегированные конструкционные стали (содержание легированной стали до 2%), среднелегированные конструкционные стали (2-5%) и высоколегированные стали (свыше 5%). В углеродистых сталях обыкновенного качества количество вредных примесей (плохо растворимы в стали, меняют технические и конструкционные характеристики, например сера и фосфор) повышено. В сталях качественных содержание серы и фосфора не должно превышать 0.04%. Стали обыного качества находят разнообразное применение в малоответственных конструкциях, которые редко подвергаются термическому упрочнению.

Маркировка. Ст – сталь. (БВ)Ст. БВ- группа сталей (обыкновенного качества) и номера от одного до 6. (БВ)Ст1…6

Пример: (БВ)Ст5.

Кроме этого иногда добавляют буквы, показывающие режим выплавки стали. Эти буквы ставятся после номера: КП –кипящая, ПС – полуспокойная, СП – спокойная. Качественная конструкционная сталь маркируется 2-узначными числами, которые показывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента от 08 (0.08%) до 85 (0.85%). Качественные конструкционные стали подразделяются на низкоуглеродистые (до 0.3% углерода), отличаются высокой пластичностью и относительно малой прочностью; среднеуглеродистые стали (от 0.3% до 0.55%), при этом происходит сдвиг по прочности при последующей термической обработке; Свыше 0.55% - высокоуглеродистые стали, отличаются высокой прочностью, износостойкостью и хорошими упругостными свойствами. В целом про углеродистые стали можно сказать, что они обладают хорошим комплексом механических свойств, высокой технологичностью (обрабатываемость наиболее прогрессивными методами форм образования: резание, сваривание, штамповка, вырубка), углеродистые стали помимо всего прочего недефицитны и дешевы. Их основные недостатки:1) малая прокаливаемость (т.е. нагрев, в результате которого не должно происходить принципиальных изменений структуры), сильная чувствительность к перегреву при термической обработке, 2) углеродистые стали коррозионно-неустойчивые.

Диаграммы состояния сплавов

А – аустенит. Ц – цементит. Ф – феррит.

Легированные конструкционные стали

При введение в легированные стали добавок, в качестве которых применяются такие вещества как хром (увеличивает твердость), бор (увеличивает прокаливаемость), марганец, кремний (повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости), никель (увеличивает прочность, прокаливаемость, снижает температуру хладноломкости), вольфрам, молибден (повышает статическую, динамическую и усталостную прочность), ванадий, кобальт, титан (уменьшает размер зерна, что приводит к повышению прочности) и другие, достигается значительное улучшение физико-механических свойств стали. Многие легирующие элементы повышают предел текучести без снижении пластичности и ударной вязкости. Особо важным фактором является тот, что легирующие добавки повышают прокаливаемость на значительную толщину, задерживая переход аустенита в другие структуры. Это позволяет закаливать стали при умеренных скоростях охлаждения.

При этом уменьшаются внутренние напряжения, снижается опасность появления закалочных трещин, поэтому легированные стали или вернее детали, изготовленные из них всегда подвергаются термической обработке после изготовления. В целом можно сказать, что в термически-обработанном состоянии все легированные стали показывают более высокие значения сопротивления пластическим деформациям по сравнению с углеродистыми (при равном содержании углерода).

Недостатки легированной стали: многие легированные стали подвержены обратимой отпускной хрупкости, в высоколегированных сталях после закалки наблюдается сопротивление усталости, снижающее твердость. Неравномерность распределения легирующих примесей приводит к анизотропии свойств.

Для обозначения марок легированных сталей также принята буквенная маркировка.

С – кремний (силициум), Г – марганец, Х – хром, Н – никель, М – молибден, В –вольфрам, Р – бор, Т – титан, Ю – алюминий, Ф –ванадий, Ц –цирконий, Б – ниобий, А – азот, Д – медь, К – кобальт, П – фосфор и т.д. При этом цифры, ставящиеся перед буквами показывают содержание углерода в сотых долях процента, а цифры ставящиеся за буквами показывают содержание элементов в процентах, если содержание легирующего элемента не превышает 1.5%, то цифры не ставят. Буква А, которая ставится в конце марки означает, что сталь высококачественная. Например, 35ХН3МА.

Чугуны

Обладают высокими литейными качествами, благодаря наличию в структуре ледобурита, хорошо обрабатываются резанием, образуя высококачественную поверхность узлов трения.

Маркировка чугунов также осуществляется сочетанием букв и цифр, например, СЧ15 – чугун серый (пластинчатая форма графита). Цифры – минимальное временное сопротивление при растяжение силы в . ВЧ42, КЧ37: В –высокопрочный (шаровидная форма графита), К –ковкий (хлопьевидная форма графита). АЧС1, АЧС6,АЧВ1, АЧК1: А – антифрикционный. ЖЧХ, ЖЧЮ (чугн легированный алюминием): Ж – жаростойкий.

ЧН1ХНД - коррозионно-стойкий, жаропрочный чугун, легированный хромом, молибденом и медью.