![]() Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву ![]() Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Лекция 1. Строение и свойства материаловСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Материаловедение Лекционный курс. Часть 1.
Пенза, Содержание Лекция 1. Строение и свойства материалов. 4 1.1. Материаловедение как научная дисциплина. 4 1.2. Типы связей между атомами и молекулами. 4 1.3. Атомно-кристаллическая структура металлов. 6 1.4. Строение реальных кристаллических материалов. 8 Лекция 2. Основы теории кристаллизации. 9 2.1. Понятие фазы.. 9 2.2. Первичная кристаллизация. 10 2.3. Форма кристалла и строение слитка. 11 2.4. Вторичная кристаллизация. 12 Лекция 3. Изменение структуры и свойств металлов в процессе пластической деформации. 13 3.1. Виды деформаций. 13 3.2. Механизмы пластической деформации и деформационное упрочнение. 15 3.3. Процессы, происходящие в наклепанных металлах при нагреве. 17 Лекция 4. Основы теории сплавов. 18 4.1. Основные фазы в сплавах. 18 4.2. Диаграмма состояния. 21 Лекция 5. Диаграммы фазового равновесия. 22 5.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. 22 5.2. Диаграмма состояния сплавов с полной нерастворимостью в твердом состоянии. 23 5.3. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии. 24 5.4. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих превращения в твердом состоянии. 25 5.5. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химическое соединение. 26 5.6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния (правило Курнакова Н.С.) 27 Лекция 6. Железо и его сплавы.. 28 6.1. Железо как конструкционный материал. 28 6.2. Диаграмма состояния «железо - цементит». 29 6.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей. 31 6.4. Виды чугунов. 34 Лекция 7. Теория термической обработки. 38 7.1. Сущность термообработки. 38 7.2. Превращение перлита в аустенит при нагреве. 39 7.3. Превращения аустенита при охлаждении. 39 7.4. Превращения, протекающие при нагреве закаленной стали. 43 Лекция 8. Технология термической обработки. 44 8.1. Виды термической обработки. 44 8.2. Отжиг. 44 8.3. Закалка. 45 8.4. Нормализация. 48 8.4. Отпуск. 48 Лекция 9. Термомеханическая и химико-термическая обработка стали. 49 9.1. Термомеханическая обработка. 49 9.2. Химико-термическая обработка. 50 Лекция 10. Машиностроительные стали. 51 10.1. Виды машиностроительных сталей. 51 10.2. Стали, не упрочняемые термической обработкой. 51
10.3. Стали, упрочняемые в поверхностном слое. 52 10.4. Стали, упрочняемые по всему сечению.. 56 10.5. Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием.. 58 Лекция 11. Инструментальные стали и сплавы.. 59 11.1. Требования к инструментальным сталям и сплавам.. 59 11.2. Углеродистые инструментальные стали. 59 11.3. Легированные стали для режущего инструмента. 60 11.4. Твердые сплавы.. 61 11.5. Нетеплостойкие штамповые стали. 62 11.6. Теплостойкие штамповые стали. 64 11.7. Стали для измерительного инструмента. 65
Лекция 1. Строение и свойства материалов 1.1. Материаловедение как научная дисциплина Материаловедение – наука, изучающая взаимосвязь между составом, строением и свойствами материалов. Целью освоения дисциплины студентами является изучение состава, строения, свойств материалов и способов их изменения в желательном направлении с помощью термической, химико-термической и других видов обработки. В материаловедении используются многочисленные методы исследования материалов:
Лекция 2. Основы теории кристаллизации Понятие фазы Фаза – часть системы, ограниченная поверхностью раздела, при переходе через которую свойства меняются скачком. В гетерогенной системе имеется несколько фаз, в гомогенной – лишь одна. Степень свободы – возможность изменения концентрации, температуры или давления без изменения числа фаз. Число степеней свободы системы
где
Переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называют вторичной кристаллизацией.
Первичная кристаллизация Первичная самопроизвольная кристаллизация связана со стремлением вещества иметь более устойчивое состояние, характеризуемое уменьшением свободной энергии Гиббса
где
Кристаллизация начинается только тогда, когда свободная энергия кристалла становится меньше свободной энергии жидкой фазы (
Процесс первичной кристаллизации может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры. Разность между равновесной температурой кристаллизации и реальной температурой кристаллизации
Из кривых охлаждения чистого металла видно, что чем больше скорость охлаждения, тем большее переохлаждение может быть достигнуто. Горизонтальные участки на кривых охлаждения указывают на выделение скрытой теплоты кристаллизации. Процесс кристаллизации начинается с образования центров кристаллизации (зародышей) и продолжается в процессе роста их числа и размеров. Для каждой степени переохлаждения всегда имеется некоторый зародыш критического размера. Все зародыши большего размера будут центрами кристаллизации, а зародыши меньшего размера оказываются неустойчивыми и растворяются. Критический размер зародыша
где Вторая стадия кристаллизации заключается в самопроизвольном росте зародившихся кристаллов. Размер образующегося зерна Скорость охлаждения металла при литье, и, соответственно, размер зерна зависят от материала формы. Так, металлическая форма отводит теплоту в 40 раз интенсивнее, чем песчано – глинистая.
Вторичная кристаллизация Вторичной кристаллизацией называется процесс, в результате которого происходит полная замена одной кристаллической структуры на другую (аллотропическое превращение) или частичное изменение структуры (выделение новой фазы из твердого раствора при изменении его концентрации). Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или в разных полиморфных модификациях. Наличие разного кристаллического строения одного и того же вещества при различных температурах называется полиморфизмом. Например, олово, имеющее при комнатной температуре тетрагональную решетку (
Виды деформаций Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил. Деформации бывают упругими и пластическими. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после снятия нагрузки. В основе упругих деформаций лежит обратимое смещение атомов вещества от положений равновесия, в основе пластических деформаций - необратимое. При растяжении образца металла под воздействием силы
где
который характеризует несущую способность металла, и предел прочности или временное сопротивление
превышение которого ведет к разрушению образца путем излома.
Изломы подразделяются на две большие группы: хрупкие и вязкие. Под хрупким понимают излом без признаков макроскопических пластических деформаций. Поверхность разрушения при хрупком изломе блестящая (кристаллическая). Хрупкое разрушение происходит, как правило, мгновенно без видимых изменений состояния объекта и весьма опасно в техническом отношении. Пластическому или вязкому излому предшествует макроскопическая пластическая деформация. Поверхность разрушения при вязком изломе не будет идеально гладкой, она рассеивает световые лучи и выглядит матовой (волокнистой). Скорость разрушения при вязком изломе невелика. Ударная вязкость – работа, необходимая для хрупкого разрушения образца материала при ударном нагружении. Относительное удлинение показывает, на сколько удлиняется образец по сравнению с первоначальной длиной, до момента разрыва. Аналогичный смысл имеет относительное сужение. Различают внешние напряжения, обусловленные действием внешней нагрузки и исчезающие после ее снятия, и внутренние напряжения, возникающие и уравновешивающиеся в пределах тела без действия внешней нагрузки. Внутренние напряжения, возникающие в процессе быстрого нагрева или охлаждения металла из-за неоднородного расширения (сжатия) поверхностных и внутренних слоев называются тепловыми. Напряжения, возникающие в процессе кристаллизации, при термической обработке вследствие неоднородного протекания структурных превращений по объему детали называют фазовыми или структурными. Различают следующие внутренние напряжения: · напряжения 1 рода (макронапряжения) – уравновешиваются в объеме всего тела или отдельных его макрочастей; · напряжения 2 рода – уравновешиваются в объеме зерна (кристаллита) или нескольких блоков (субзерен); · напряжения 3 рода обусловлены смещением атомов на доли ангстрема из узлов кристаллической решетки и приводят к статическому ее искажению. Основные фазы в сплавах Вещество, полученное сплавлением двух или более исходных простых веществ (компонентов), называется сплавом. Твердыми растворами называются фазы, в которых один из компонентов сплава (растворитель) сохраняет свою кристаллическую решетку, в которой располагаются атомы других компонентов, изменяя ее размеры (периоды). Образование твердых растворов возможно, если атомные радиусы компонентов различаются не более чем на 15%. При образовании твердого раствора замещения атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке.
При неограниченной растворимости кристаллическая решетка растворителя по мере увеличения концентрации растворенного компонента плавно переходит в его кристаллическую решетку ( Для образования неограниченных твердых растворов необходимо: · однотипность кристаллических решеток сплавляемых компонентов; · близость атомных радиусов компонентов (они не должны отличаться больше чем на 8%); · близость их физико-химических свойств. Твердые растворы с ограниченной растворимостью ( При образовании твердого раствора внедрения атомы растворенного компонента располагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя. Это возможно, если внедряемые атомы имеют малые размеры. Такими атомами являются атомы элементов, находящихся в начале Периодической системы Д.И. Менделеева ( Характерными свойствами химических соединений являются: · новый тип кристаллической решетки, отличный от кристаллических решеток сплавляемых компонентов; · постоянство состава, которое отражается формулой химического соединения · постоянство температуры кристаллизации. Соединения с нормальной валентностью образуют металлы с типичными неметаллами ( Фазы внедрения – соединения переходных металлов с углеродом (карбиды), азотом (нитриды), водородом (гидриды), бором (бориды). Фазы внедрения имеют формулы типа Электронные соединения чаще образуются между одновалентными ( Механические смеси образуют металлы, значительно отличающиеся атомными объемами и температурой плавления. В подобной системе металлы, образующие сплав, сохраняют кристаллическую решетку в пределах кристаллов исходных компонентов (сплавы Упорядоченными называются твердые растворы, в которых атомы компонентов
Фазы Лавеса имеют формулу Диаграмма состояния Диаграмма состояния – графическое изображение зависимости температур фазовых превращений в сплавах от их состава. На рисунке изображена диаграмма состояния двойного сплава. Левая ордината на оси концентраций соответствует При температурах выше линии ликвидус существует только жидкая фаза. При температурах ниже линии солидус является устойчивым твердый раствор. Диаграммы состояния строят, как правило, экспериментально. Для этой цели в ходе экспериментов получают кривые охлаждения отдельных сплавов и их перегибы (критические точки) истолковывают как фазовые превращения, имеющие тепловой эффект. Возможен теоретический расчет диаграмм состояния на основе термодинамических данных. Количественное соотношение фаз в период кристаллизации устанавливают по правилу отрезков. Количество жидкой и твердой фазы в сплаве при температуре
Виды чугунов Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой По количеству углерода и по структуре белые чугуны делятся на доэвтектические ( Можно вызвать распад ледебурита с выделением углерода в виде графита, что приведет к повышению механических характеристик. Чугуны, в составе которых имеется свободный графит, в зависимости от формы его включений делятся на серые, высокопрочные, ковкие и вермикулярные. Эти чугуны имеют металлическую основу, в которой распределены графитовые включения. В зависимости от строения металлической основы различают ферритные, феррито-перлитные и перлитные чугуны. Перлитные чугуны обладают большей прочностью по сравнению с ферритными. Серым называют чугун, в котором включения свободного углерода имеют пластинчатую форму. Такие включения играют характер надрезов, что значительно снижает прочность металлической матрицы. Марка серого чугуна складывается из букв СЧ и числа, которое показывает предел прочности на разрыв в Процессу графитизации способствует повышенное содержание в чугуне углерода, кремния, меди, никеля, а также замедленное охлаждение отливок. Серый чугун находит применение в станкостроении (базовые корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, станины, направляющие), автостроении (блоки цилиндров, гильзы, поршневые кольца, распределительные валы). Чугун с шаровидными включениями графита называется высокопрочным. Если перед разливкой в жидкий чугун вводят модификатор – магний ( Высокопрочный чугун находит применение как заменитель углеродистой стали, в частности, для изготовления коленчатых валов массой от нескольких килограмм до Чугун с хлопьевидными включениями графита называется ковким. Его получают отжигом белого чугуна. Отливки выдерживают в печи при температуре По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между сталью и серым чугуном. Марки ковкого чугуна: Мелкие отливки преимущественно из ферритного ковкого чугуна используются в различных отраслях промышленности: в авто- и транспортостроении, сельхозмашиностроении (картеры редукторов, корпуса подшипников, звездочки приводных цепей и др.) и других областях. Следующим видом является чугун с вермикулярным графитом. В этих чугунах структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего Имеется четыре марки этого чугуна (принцип маркировки как у серого и высокопрочного чугуна): Этот чугун заменяет серый чугун в отливках, подверженных циклическим нагревам и частым теплосменам (блоки цилиндров, поршни, изложницы и кокили). Все чугуны по сравнению со сталями обладают меньшей стоимостью и более высокими литейными свойствами, что позволяет изготавливать из них отливки корпусных и прочих массивных деталей. Для чугунов, в составе которых имеется свободный графит, играющий роль смазки, характерны высокие антифрикционные свойства и хорошая обрабатываемость резанием. Однако чугуны, по сравнению со сталями, обладают меньшей пластичностью и ударной вязкостью. Являясь относительно малопластичными сплавами, чугуны имеют значительно большую несущую способность по напряжениям сжатия, чем по напряжениям растяжения.
Сущность термообработки Термическая обработка – это процессы теплового воздействия на металл с целью изменения его структуры и свойств. При определении режимов термообработки углеродистых сталей большое значение имеют температуры некоторых фазовых превращений (критические точки), представленных на диаграмме состояния Нижняя критическая точка, соответствующая обратимому превращению аустенита в перлит при охлаждении (линия К обозначению критической точки при нагреве приписывают букву с ( Любой технологический процесс термообработки стали состоит из определенных комбинаций следующих четырех превращений, протекающих при: 1) нагреве ( 2) медленном охлаждении ( 3) быстром охлаждении - закалке ( 4) нагреве закаленной стали – отпуске ( Изменение температуры в ходе термообработки изменяет устойчивость фаз, вызывая фазовые превращения. Помимо этого повышение (понижение) температуры повышает (понижает) скорость диффузионных процессов, которыми сопровождается образование или распад фаз.
Виды термической обработки К основным видам термообработки стали относятся отжиг, закалка, отпуск и нормализация. Отжиг Отжиг – вид термической обработки, в ходе которой металл подвергается медленному нагреву, выдержке и медленному охлаждению (чтобы избежать возникновение новых термических напряжений). Сплав получает равновесную структуру, снимаются внутренние напряжения. Отжиг вызывает разупрочнение и повышение пластичности. По назначению выделяют несколько видов отжига. Диффузионный отжиг (см. 5.1) проводится при температуре Рекристаллизационный отжиг (см. 3.3) осуществляется при температуре Отжиг для снятия внутренних напряжений используют после ковки, сварки, литья. Температура нагрева - Сфероидизирующий отжиг применяют в основном для инструментальных сталей. В ходе проведения этого вида термообработки цементит перлита приобретает округлую форму, что улучшает обрабатываемость резанием и является подготовкой к закалке. Температура нагрева - Изотермический отжиг – вид отжига, при котором изделия после нагрева помещают в соляную ванну с температурой, обеспечивающей получение нужной структуры в соответствии с диаграммой изотермического распада аустенита (см. 7.3).
Закалка Закалка заключается в нагреве стали до температур, обеспечивающих получение аустенитной структуры, которая при быстром охлаждении превращается в мартенсит. Доэвтектоидные стали нагревают под закалку до температур на На практике используют несколько закалочных сред. Вода обеспечивает высокую скорость охлаждения ( Водные растворы ( Масло как закалочная среда обеспечивает небольшую скорость охлаждения ( Воздух (скорость охлаждения Существует несколько способов закалки. Наиболее простой – закалка в одном охладителе (1). Более сложные способы закалки используются (как правило, для легированных сталей) для предотвращения закалочных дефектов. При закалке в двух средах (2) после нагрева изделие погружается в воду, в результате чего достигается быстрое прохождение температурного района минимальной устойчивости аустенита, а затем переносится в более мягкую охлаждающую среду, обычно масло. При ступенчатой закалке (3) нагретое изделие переносят в жидкую среду, имеющую температуру на Изотермическая закалка (4) применяется, если желательно получить структуру нижнего бейнита. В этом случае изделие переносят в ванну с расплавленными солями, имеющими температуру на Для устранения остаточного аустенита (см. 7.3) высокоуглеродистые и многие легированные стали сразу же после закалки подвергают охлаждению в область отрицательных температур. Способность той или иной марки стали принимать закалку характеризуют два свойства: · закаливаемость – способность стали повышать твердость в результате закалки. Она положительно коррелирует с содержанием углерода. Эффект закаливания заметен при содержании · прокаливаемость – способность стали получать слой с мартенситной или полумартенситной структурой ( Для машиностроительных деталей, работающих на растяжение, а также пружин и рессор требуется, чтобы после закалки структура по всему сечению состояла из мартенсита. Это обеспечивает однородную структуру и высокие свойства после отпуска. Для деталей машин, работающих на изгиб и кручение, прокаливаемость должна составлять половину сечения детали.
Нормализация При нормализации доэвтектоидную сталь нагревают на
Отпуск После низкого отпуска ( Среднетемпературный отпуск ( Высокотемпературному отпуску (
Термомеханическая обработка Термомеханическая обработка (ТМО) позволяет повысить механические свойства стали по сравнению с полученными при обычной закалке и отпуске. <
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 1187; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.221.22.8 (0.019 с.) |