Диаграмма состояния для сплавов свинца с сурьмой. Правило фаз. Правило отрезков.

Рис. 1 – Диаграмма состояния сплавов системы «Pb – Sb»

Рис. 2 – Кривые охлаждения сплавов системы «Pb—Sb»

Линия ABC – линия ликвидуса (ликвидус – от лат. «жидкий»). Ниже линии DBE все сплавы системы находят­ся в твердом состоянии. Линия DBE – линия солидуса (солидус – от лат. «твердый»).

В точке В при массовом содержании 13 % Sb, 87 % Pb и при температуре 246 °С кристаллизация свинца и сурьмы происхо­дит одновременно; образуется тонкая

механическая смесь кристаллов свинца и сурьмы (двух фаз). Эта смесь называется эвтектикой.

Правило отрезков. В процессе кристаллизации изменяется хими­ческий состав фаз и их масса (масса жидкости уменьшается, а твер­дой фазы — увеличивается, при этом, естественно, суммарная масса фаз остается постоянной, равной массе сплава).

Правило отрезков служит для определения химического состава фаз (т.е. содержания в них компонентов) и массового соотношения фаз в любой точке двухфазных областей диаграммы. Для их опреде­ления через точку, характеризующую положение сплава на диаграм­ме, проводят горизонтальную линию (коноду)до пересечения с ли­ниями диаграммы, ограничивающими двухфазную область, в кото­рой лежит заданная точка. Проекция точки пересечения коноды и линии диаграммы состояния на ось концентраций показывает со­став той фазы, с которой граничит точка пересечения. Так, т. а' оп­ределяет концентрацию компонентов в жидкой фазе, а т. с' — кон­центрацию компонентов в твердой фазе (рисунок 3).

Рис. 3 – Структурная диаграмма сплавов системы «Pb – Sb»

Для определения количественного соотношения фаз пользуются правилом рычага. Все количество сплава соответствует отрезку ас. Количество соответствующей фазы определяется противолежащим отрезком: количество жидкости — отрезком bс, а твердой фазы — отрезком ab.

11.Углеродистые стали. Влияние углерода. Углеродистые стали являются основной продукцией чёрной металлургии (90%). Стали (углеродистые) являются многокомпонентными сплавами. Кроме основы – железа (от 97,0 до 99,5% Fe) и углерода (до 2,14%), имеются ряд примесей: Mn, Si, S, P, O, N, H и др. 2. Влияние углерода на свойства стали. С изменением содержания углерода изменяется структура стали. В зависимости от содержания углерода она может иметь следующий вид:

< 0,8% C – Ф+П

0,81% C – П (100%)

> 0,81% C – П + Ц_II.

Имея различную структуру, все стали состоят только из двух фаз: Ф и Ц. Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода. Феррит (Ф) – мягкая, пластичная фаза, твёрдость по Бринеллю – 80–90 НВ. Цементит (Ц) – твёрдая и хрупкая фаза 1000–1100 НV (>800 НВ), (НВ и НV – близки по значению). Технически чистое железо – мягкое, не содержит Ц или имеет Ц_III (его максимальное содержание в технически чистом железе может достигать – 0,29%). В доэвтектоидных сталях появляется цементит входящий в перлит (Ф+Ц), следовательно твёрдость будет возрастать. В эвтектоидной стили – цементита в перлите содержится 12%, остальное феррит. В заэвтектоидной стали появляется Ц_II – 20,4%, а также цементит входящий в перлит ~ 10%, т.о.всего его около 30%.

Следовательно, чем больше % С в стали, тем количество феррита уменьшается, а количество цементита увеличивается. С увеличением в стали углерода возрастает твёрдость, пределы прочности и текучести и уменьшаются относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость. Si – сильно повышает предел текучести, снижает пластичность (стали с высоким содержанием Si не годятся к глубокой, холодной вытяжке). Поэтому стали предназначенные для холодной штамповки и холодной высадки должны содержать минимальное количество Si. Mn – заметно повышает прочность σ_в, σ_т, практически не снижая пластичности. Резко уменьшает красноломкость стали.

12. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Серые чугуны — это литейный чугун. Серый чугун поступает в произ­водство в виде отливок. Серый чугун является дешевым конструкцион­ным материалом. Он обладает хорошими литейными свойствами, хоро­шо обрабатывается резанием, сопротивляется износу, обладает способ­ностью рассеивать колебания при вибрационных и переменных на­грузках. Свойство гасить вибрации называется демпфирующей способ­ностью. Демпфирующая способность чугуна в 2—4 раза выше, чем ста­ли. Высокая демпфирующая способность и износостойкость обуслови­ли применение чугуна для изготовления станин различного оборудова­ния, коленчатых и распределительных валов тракторных и автомо­бильных двигателей и др. Выпускают следующие марки серых чугунов (в скобках указаны числовые значения твердости НВ):СЧ 10(143—229), СЧ 15 (163-229), СЧ 20 (170-241), СЧ 25 (180-250), СЧ 30(181-255), СЧ 35 (197-269), СЧ 40 (207-285), СЧ 45 (229-289). Серый чугун получают при добавлении в расплавленный металл веществ, способствующих распаду цементита и выделению углерода в виде графита. Для серого чугуна графитизатором является кремний. При введе­нии в сплав кремния около 5% цементит серого чугуна практически пол­ностью распадается и образуется структура из пластичной ферритной основы и включений графита. С уменьшением содержания кремния цементит, входящий в состав перлита, частично распадается и образуется ферритно-перлитная струк­тура с включениями графита. При дальнейшем уменьше­нии содержания кремния формируется структура серо­го чугуна на перлитной осно­ве с включениями графита.

Высокопрочный чугун. Механические свойства высокопрочного чугуна позволяют приме­нять его для изготовления деталей машин, работающих в тяжелых ус­ловиях, вместо поковок или отливок из стали. Из высокопрочного чугуна изготовляют детали прокатных станов, кузнеч но-прессового оборудования, паровых турбин (лопатки направляющего аппарата), тракторов, автомобилей (коленчатые валы, поршни) и др. Так, напри­мер, коленчатый вал легковой автомашины "Волга" изготовляют из высокопрочного чугуна следующего состава: 3,4-3,6% С; 1,8-2,2% Si; 0,96-1,2% Mn; 0,16-0,30% Cr; <0,01 % S; <0,06% P и 0,01-0,03% Mg. Низкое содержание серы и фосфора и небольшие пределы содержания других химических элементов обеспечиваются тем, что такой чугун выплавляют не в вагранке, а в электрической печи. После термической обработки механические свойства чугуна получаются весьма высоки­ми: Ов= 620-650 МПа; §= 8-12 % и твердость НВ = 192-240.

Ковкий чугун. Ковкий чугун — условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки из ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитно-цементитной структурой. Толщина стенок отливки не должна превышать 40—50 мм. При отжиге цементит белого чугуна распа­дается с образованием графита хлопьевидной формы. У отливок с толщиной стенок более 50 мм при отжиге будет образовываться нежелательный пластинчатый графит. Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйст­венном и текстильном машиностроении. Из него изготовляют детали высо­кой прочности, способные воспринимать повторно- переменные и удар­ные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа, такие как картер заднего моста, тормозные колодки, ступицы, пальцы режущих аппа­ратов сельскохозяйственных машин, шестерни, крючковые цепи и др. Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механичес­ким свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свой­ствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.