Модифицированный чугун (высокопрочный)

Высокопрочный чугун, или модифицированный чугун превосходит обычные серые чугуны по прочности и пластичности. Высокопрочный чугун имеет более высокие механические свойства благодаря шаровидной и раздробленной форме графита (а все свойства чугунов находятся в непосредственной зависимости от формы, в которой в них находится углерод). В высокопрочном чугунеграфит имеет шаровидную форму. Для получения графита шаровидной формы чугун модифицируют магнием с последующим модифицированием ферросилицием.Высокопрочный чугун обозначается: ВЧ38-17 – ВЧ120-4 (всего девять марок). Буквы обозначают принадлежность данного сплава к высокопрочным чугунам, первые две или три цифры показывают временное сопротивление, вторые одна или две цифры – относительное удлинение.Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства: временное сопротивление 373 – 1180 МПа, относительное удлинение 2 – 17%, твердость НВ 137 – 360, что обусловлено шаровидной формой графита, который в меньшей степени, чем пластинчатый графит в сером чугуне, ослабляет сечение металлической массы и не оказывает на нее надрезающего действия. Этот чугун имеет высокую износостойкость, хорошую коррозионную стойкость, теплостойкость, жаростойкость, хладностойкость и т.д. Высокопрочный чугун широко используют взамен литых стальных заготовок.По составу металлической массы высокопрочный чугун может быть:ферритным; перлитно-ферритным; перлитным;Жидкотекучесть высокопрочного чугуна такая же, как и у серого чугуна при одном и том же химическом составе и прочих равных условиях (температуре заливки, скорости охлаждения и др.), что позволяет получать отливки с толщиной стенок 3 – 4мм сложной конфигурации. Линейная усадка высокопрочного чугуна составляет 1,25 – 1,7%. Это затрудняет изготовление отливок без усадочных дефектов.Отливки из высокопрочного чугуна применяют в тяжелом машиностроении, в металлургической промышленности при работе в условиях больших статических и динамических нагрузках. Это детали прокатного, кузнечно-прессового и горнорудного оборудования, а также дизелей, паровых, газовых и гидравлических турбин массой от нескольких килограммов до нескольких десятков тонн.

Вопрос10

Пластическая деформация

Пластическая деформация - сложный физико-химический процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного металла изменяются его механические и физико-химические свойства. Рассмотрела физическую сущность процесса пластической деформации. При особых условиях охлаждения металл затвердевает в виде большого кристалла правильной формы, называемого монокристаллом. Строение монокристалла определяется соответствующей кристаллической решеткой. B промышленных условиях затвердевание металла начинается одновременно во многих центрах кристаллизации. Поэтому после затвердевания такой металл состоит не из одного кристалла, а из большого числа прочно сросшихся друг с другом кристалликов неправильной формы, называемых кристаллитами или зернами. Металлы такого строения называются поликристаллическими..Пластическая деформация монокристалла сопровождается искажениeм кристаллической структуры, образованием осколков и возникновeниeм остаточных напряжений в кристалле.Эти явления, затрудняя процесс дальнейшей деформации, вызывают изменения механических и физико-химических свойств исходного металла: прочность, твердость, электросопротивление и химическая активность увеличиваются, при oдноврeменном уменьшении пластичности, ударной вязкости, магнитной проницаемости и т. д. Совокупность изменений механических и физико-химических свойств в результате холодной пластической деформации называют упрочнением (или наклепом).Необходимо иметь в виду, что при пластической деформации никакого изменения плотности металла практически не происходит, его объем остается постоянным.При обработке давлением таких металлов происходит пластичecкая деформация отдельных зерен путем скольжения и двойникования (аналогично монокристаллу) и смещение их относительно друг друга. Деформация сопровождается раздроблением зерен и их удлинением в направлении наибольшего течения металла.В результате этого,последиий приобретает строчечную мелкозернистую структуру, отчетливо наблюдаемую под микроскопом Одновременно в зернах, так же как и при холодной деформации монокристалла, искажается кристаллическая структура, oбpазуются кристаллитныe осколки и возникают остаточные напряжения. Рассмотренные явления вызывают упрочнение поликристаллического металла.Если пластическая деформация оказывает упрочняющее влияние на металл, то повышение температуры вызывает его разупрочнение. При незначительном нагреве, увеличивающем подвижность атомов, в холоднодеформированном металле уменьшаются остаточные напряжения и, в некоторой степени, устраняется искажение кристаллической решетки. При этом форма и размеры деформированных зерен не изменяются, строчечная и волокнистая структура металла полностью сохраняются. В результате рассмотренных явлений, называемых возвратом, прочностные свойства металла уменьшаются, пластические - увеличиваются.При неполной горячей деформации рекристаллизация отсутствует, но протекает процесс возврата. Чем больше скорость деформирования и ниже температура металла, тем в меньшей степени происходит разупрочнение. Поэтому, необходимо помнить, что такой деформации нельзя подвергать малопластичные металлы и сплавы.При горячей обработке давлением упрочнение, полученное металлом в процессе пластической деформации, полностью снимается рекристаллизацией, а металл получает Равноосную микроструктуру, причем волокнистое строение сохраняется.Прочность и ударная вязкость волокнистого металла вдоль волокон выше, чем поперек волокон и это свойство деформированного металла используется при разработке технологического процесса изготовления деталей. Заготовку для будущей детали деформируют таким образом, чтобы направление волокон совпадало с направлением максимальных растягивающих напряжений, возникающих в детали при работе, а сами волокна огибали контур детали и не перерезывались при окончательной механической обработке изделия.

Вопрос11

Строение стального слитка

Изучение строения стального слитка показало, что его структура состоит из трех основных зон: мелкокристаллической поверхностной зоны, зоны столбчатых кристаллов, занимающих значительную часть «объема слитка, и зоны равноосных кристаллов, расположенных в центре слитка. В верхней и центральной части слитка расположены: усадочная раковина, газовые пузыри, пустоты, усадочная рыхлость и ликвационная зона.
Впервые описание строения стального слитка было дано Д. К. Черновым в ‘1878 г. Процесс кристаллизации больших объемов металла начинается у стенок изложницы, т. е. там, где жидкий металл охлаждается в первую очередь. Рост первичных кристаллических образований происходит перпендикулярно неровностям поверхности изложницы. Растущие кристаллы сталкиваются и, срастаясь, образуют первую зону мелкокристаллического строения слитка.После затвердевания первого тонкого слоя главные оси дендритов, расположенные перпендикулярно к поверхности изложницы, продолжают расти и образуют вторую зону, так называемых столбчатых дендритов, расположенных почти параллельно друг другу и занимающих значительную часть объема слитка.Внутренняя часть металла, затвердевающая последней, охлаждается медленнее, чем периферийные части слитка и, отвод тепла здесь не имеет определенного направления. В результате свободного роста кристаллов, главные оси которых располагаются без определенной ориентировки, образуется третья центральная зона слитка — зона равноосных кристаллов. Зародышами кристаллов здесь обычно являются различные мельчайшие включения, случайно попавшие в сталь, или тугоплавкие составляющие, не успевшие раствориться в жидком металле.
Если изменить скорость охлаждения жидкого металла, сделать ее достаточно большой, т. е. отлить металл, например, в вертикальную
форму с холодными стенками, то зона столбчатых кристаллов сильно развивается и доходит до самого центра слитка. Такое строение называется транскристаллическим. На рис. 28 показана структура поперечного сечения двух небольших слитков алюминиевой бронзы, отлитых в разных условиях. Левый слиток, полученный при быстром охлаждении, принял резко выраженное транскристаллическое столбчатое строение, которое доходит до центра слитка. Правый слиток, который охлаждался из жидкого состояния с меньшей скоростью, получил смешанную структуру: столбчатую по краям слитка и равноосную посередине.

Вопрос12

Полиморфные превращения

ПОЛИМОРФИЗМ (от греч. polymorphos — многообразный, от poly — много и morphl — форма, вид) — способность твёрдого тела существовать в 2 или неск. кристаллич. структурах. Различные кристаллич. структуры тела наз. его полиморфными модификациями, а переход одной модификации в другую наз. полиморфным превращением. Модификации одного и того же вещества обычно обозначают греч. буквами (напр., для железа a-Fe, v-Fe). Высокотемпературная хрупкость объясняется полиморфным превращением белого тетрагонального олова в хрупкое ромбическое при 161 "С [1]. Однако такого превращения нет; хрупкость вызвана примесями, содержащимися в этом олове.

Для повышения жаропрочных свойств применяется так называемая механико-термическая обработка (МТО), которая, в отличие от ТМО, не связана с полиморфным превращением наклепанного материала. МТО заключается в создании в материале полигональной структуры путем деформирования и последующей стабилизации полученного структурного состояния при температурах, не превышающих температуру начала рекристаллизации. 5) полиморфное превращение предварительного деформированного металла (в случае обработок с полиморфным превращением). с полиморфным превращением. Применительно к аустенитным сталям и жаропрочным сплавам количество работ по термомеханической обработке весьма ограничено, это, в основном, работы по холодному и полугорячему наклепу, которые опубликованы в отечественной и зарубежной печати. ратуры для железа-армко в контакте с графитом АГ-1500. Начальная часть зависимости характерна для трения графита (трение одноименных образцов или по другим материалам в случае переноса графита на сопряженную поверхность). Небольшое повышение коэффициента трения в интервале температур от 900 до 1000° С, вероятно, вызвано полиморфным превращением железа. Далее при 1150° С наблюдается резкое падение коэффициента трения до значений, характерных для граничной или даже полужидкостной смазки (0,04—0,05). Длительных испытаний в условиях эвтектического плавления не проводили во избежание попадания жидкой эвтектики в измерительную систему. Различают закалку с полиморфным превращением (на мартенсит) и закалку без полиморфного превращения (на твердый раствор, например, аустенит). С полиморфным превращением вещества, на основе которого образуется твердый раствор, всегда связано и превращение самого твердого раствора. На рис. 3.1,к,л приведены диаграммы состояния с наиболее часто встречающимися вариантами такого превращения При эвтекто-идном превращении (рис. 3.1,к) температура трехфазного равновесия (эвтектоидная точка Е', где твердые растворы а и (3, образующиеся на основе двух модификаций компонента А, взаимодействуют с твердым раствором у, на основе компонента В) расположена ниже температуры (Тп) - полиморфного превращения, а область гомогенного твердого раствора на основе Полиморфное превращение протекает в том случае, если при данной температуре может существовать металл с иной кристаллической решеткой и меньшим уровнем свободной энергии. низкотемпературной модификации ((3) более узкая, чем на основе высокотемпературной модификации (а); при перитектоидном превращении- наоборот.Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением свойств металлов или сплавов: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электропроводности, магнитных свойств механическиххимических свойств и т. д.

 

Вопрос13