Контрольные вопросы
Что такое конструкционная прочность материала?
Требование предъявляемые к конструкционным материалам?
Какие характеристики материала определяют при испытании
на растяжения?
Методы определения твёрдости материала?
Какая характеристика определяет надёжность материала?
Что характеризует порог хладноломкости материала (Т50)?
Какие методы повышения конструкционной прочности материала?
Глава 3 Железо и сплавы на его основе
3.1 Диаграммы состояния двухкомпонентных систем. Фазы, структуры
Сплавы состоят из двух и более элементов периодической системы. Элементы, образующие сплавы, называют компонентами. Свойства сплава зависят от многих факторов, но, прежде всего они определяются составом фаз и их количественным соотношением.
Зная диаграмму состояния, можно представить полную картину:
формирования структуры любого сплава;
определить оптимальную температуру заливки сплава для получения литых деталей;
оценить жидкотекучесть выбранного сплава и возможность получения химической неоднородности;
сделать заключение о возможности и условиях обработки давлением;
определить режим термической обработки, необходимый для данного сплава.
Основные определения.
Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового состава сплавов данной системы в функции температуры и химического состава сплава (рис.3.1, рис.3.2)
Рис.3.1 Метод построения диаграмм состояния
Рис.3.2
Экспериментальная установка для
построения диаграмм состояния
где: 1 – печь; 2 – тигель; 3 – расплавленный металл; 4 – горячий спай; 5 – термопара; 6 – колпачок; 7 – холодный спай; 8 - гальванометр
Экспериментально построенные диаграммы состояния проверяют по правилу фаз, дающему возможность теоретически обосновать направление протекания процессов превращения для установления равновесного состояния системы.
Правило фаз даёт возможность:
предсказать и проверить процессы, происходящие в сплавах при нагреве и охлаждении;
оно показывает, происходит ли процесс кристаллизации при постоянной температуре или в интервале температур;
указывает, какое число фаз может одновременно существовать в системе.
Правило фаз выражается следующим уравнением:
С = К + 1 – Ф
где: К – число компонентов в системе; Ф – число фаз; С – число степеней свободы (или вариантность системы). Число степеней свободы – это число независимых переменных внутренних (состав фаз) и внешних (температура, давление) факторов, которые можно изменять без изменения числа фаз, находящихся в равновесии.
Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твёрдом состоянии (рис.3.3).
Имея диаграмму состояния, можно проследить за фазовыми превращениями любого сплава и указать состав и количественное соотношение фаз при любой температуре.
Это осуществляется при помощи двух простых правил (рис.3.4):
Правило концентраций – правила определения состава фаз;
Правило отрезков – правило определения количественного определения фаз.
Рис.3.3 Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью и кривые охлаждения для сплавов и чистых компонентов
Рис.3.4 Применение правила концентраций и правила отрезков
Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и образуют эвтектику (рис.3.5).
Рис.3.5 Построение кривых охлаждения для диаграммы с ограниченной растворимостью и с эвтектикой
Диаграмма состояния сплавов с ограниченной переменной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии (рис.3.6).
Рис.3.6 Построение кривых охлаждения для диаграммы с ограниченной переменной растворимостью
Диаграмма состояния сплавов, компоненты которой ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и образуют перитектику (рис.3.7)
Рис.3.7 Построение кривых охлаждения для диаграмм с перитектикой
Диаграммы состояний сплавов, с полиморфным и эвтектойдным превращением компонентов (рис.3.8)
Эвтектойдное превращение: γЕ → αК + βF
Рис.3.8 Построение кривых охлаждения для диаграммы с полиморфным превращением
Диаграммы состояний сплавов, компоненты которых образуют химические соединения (рис.3.9)
Рис.3.9 Диаграмма состояния, компоненты которых образуют химические соединения