Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
13. сплавами называют макроскопические однородные вещ-ва сост из 2-ух или более металлов или металла и неметалла и эти металлические сплавы сохраняют характерные ме св-ва. По характеру распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы:замещения;внедрения;вычитания.
В растворах замещения в кристаллической решетке растворителя часть его атомов замещена атомами растворенного элемента (рис. 4.4 а). Замещение осуществляется в случайных местах, поэтому такие растворы называют неупорядоченными твердыми растворами.
При образовании растворов замещения периоды решетки изменяются в зависимости от разности атомных диаметров растворенного элемента и растворителя. Если атом растворенного элемента больше атома растворителя, то элементарные ячейки увеличиваются, если меньше – сокращаются. В первом приближении это изменение пропорционально концентрации растворенного компонента. Изменение параметров решетки при образовании твердых рстворов – важный момент, определяющий изменение свойств. Уменьшение параметра ведет к большему упрочнению, чем его увеличение.
Твердые растворы внедрения образуются внедрением атомов растворенного компонента в поры кристаллической решетки растворителя (рис. 4.4 б).
Образование таких растворов, возможно, если атомы растворенного элемента имеют малые размеры. Такими являются элементы, находящиеся в начале периодической системы Менделеева, углерод, водород, азот, бор. Размеры атомов превышают размеры межатомных промежутков в кристаллической решетке металла, это вызывает искажение решетки и в ней возникают напряжения. Концентрация таких растворов не превышает 2-2.5%
Твердые растворы вычитания или растворы с дефектной решеткой. образуются на базе химических соединений, при этом возможна не только замена одних атомов в узлах кристаллической решетки другими, но и образование пустых, не занятых атомами, узлов в решетке.
К химическому соединению добавляют, один из входящих в формулу элементов, его атомы занимают нормальное положение в решетке соединения, а места атомов другого элемента остаются, незанятыми.
Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.Сплавы твердые растворы – это твердые фазы, в которых соотношения между компонентов могут изменяться. Являются кристаллическими веществами.
Характерной особенностью твердых растворов является:наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя.
Твердый раствор состоит из однородных зерен (рис. 4.3).
14. Кристаллизация сплавов. Переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называют кристаллизацией. Переход из Ж состояния в тв в сплавах, как и в чистых М, происходит тлк при наличии переохлаждения. 1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В).
2. Число фаз: f = 2 (жидкая фаза L, кристаллы твердого раствора )
3. Основные линии диаграммы:
• acb – линия ликвидус, выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии;
• adb – линия солидус, ниже этой линии сплавы находятся в твердом состоянии.
4. Характерные сплавы системы:
Чистые компоненты А и В кристаллизуются при постоянной температуре, кривая охлаждения компонента В представлена на рис. 5.1,б.
Остальные сплавы кристаллизуются аналогично сплаву I, кривая охлаждения которого представлена на рис. 5.1, б.
Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора . На кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз (жидкой и кристаллов твердого раствора ) число степеней свободы будет равно единице . При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора
15. дендритная (внутрикристаллитная) ликвация [dendritic segregation] — ликвация внутри одного дендрита (кристаллита, зерна), определ. интервалом и скоростью кристаллизации; следствие неравномерности кристаллизации в условиях огранич. диффузии. Степень д. л. при повыш. скорости кристаллизации измен, по кривой с максимумом. Важная закономерность влияния скорости кристаллизации на д. л. — уменьш. объемов неоднородности состава, т. е. степени экстенсив. ликвации. Размер ветвей дендритов, а тж. недендрит, зерна уменьш. гиперболич. при повыш. скорости кристаллизации. Методы эксперимент, изучения д. л. включают определ. концентрации компонентов в микрообъемах и измер. кол-ва избыт, эвтектич. или перитектич. составл. разными методами. Д. л. м. б. устранена и существенно ослаблена гомогенизац. отжигом или вы-сокотемп-рным длит, нагревом слитков под горячую прокатку или ковку;Правило отрезков. правила отрезков можно определить состав фаз в любой двухфазной области и количественное их соотношение. Правило отрезков состоит из двух частей. Первая часть: для того чтобы определить состав фаз через заданную точку в двухфазной области (точка соответствует конкретной температуре) проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими эту область. Проекция точек пересечения на ось концентрации даст нам состав фаз. Вторая часть: для того чтобы определить количество фаз через заданную точку проводят горизонтальную линию до пересечения с линией, ограничивающей эту область.
Отрезки между заданной точкой и точками с соответствующим составом фаз обратно пропорциональны их количеству.
Два компонента: компонент А и компонент В. АаВ - линия ликвидус. АвВ – линия солидус.
Выше линии ликвидус сплав находится в жидком состоянии, ниже линии солидус – в твердом. При кристаллизации сплавов по диаграмме этого типа из жидкости будут выделятся не жидкие компоненты, а твердые растворы. Это обусловлено тем, что при сплавлении компонентов А и В образуется непрерывный ряд твердых растворов, т.е. растворов неограниченной растворимости. Отсюда - твердый раствор компонента В в компоненте А. конода- линия,соединяющая составы фаз, находящихся в равновесии при данной температуре.
16.17. Сплавы, расположенные левее точки е, называют доэвтектическими. Сплавы, расположенные правее точки е – заэвтектическими. Сплав, состава точки е, называют эвтектическим, или просто эвтектикой.
Кривые ликвидуса(А’ е В’) и солидуса(A’ a, b B’) – это геометрическое место точек, отвечающих температурам начала и конца кристаллизации различных сплавов системы А-В. Кроме того, эти кривые отображают составы равновесных фаз (Ж и a) в различных сплавах и интервале их кристализации, т.е. изображают составы насыщенных один относительно другого жидких и твердых растворов.
Линия предельной растворимости - A-a, b-b1
Эвте́ктика (греч. éutektos — легкоплавящийся) — нонвариантная (при постоянном давлении) точка в системе из n компонентов, в которой находятся в равновесии n твердых фаз и жидкая фаза. Эвтектическая композиция представляет собой мелкодисперсную механическую смесь фаз, плавящихся и кристаллизующихся одновременно при минимальной температуре существования жидкой фазы для данной системы.
Добавляя или отводя тепло, можно изменить пропорцию между кристаллическими фазами и расплавом в эвтектической точке без изменения температуры. После кристаллизации эвтектика становится механической смесью фаз — твёрдой эвтектикой.
Эвтектика является пересечением поверхностей насыщения участвующих кристаллических фаз, находящихся в равновесии с расплавом при минимальной температуре плавления. Если отводится соответствующее количество тепла, то расплав эвтектического состава при кристаллизации в равновесных условиях в точке эвтектики даст все кристаллические фазы, участвующие в системе. Если же при сохранении эвтектической температуры в достаточном количестве подводится тепло, то смесь фаз, отвечающая эвтектическому составу, в равновесных условиях полностью расплавится.
18. Диаграммы состояния показывают изменения фазового состояния сплавов при изменении их состава и температуры, а также позволяют предсказывать свойства сплавов. При изоморфности кристаллических решеток, близости строения валентных электронных оболочек атомов и малой разнице в размерах атомов в твердом состоянии элементы образуют неограниченные твердые растворы. Диаграммы состояния и зависимость свойств от состава для случаев:
а), б) неограниченной раст-сти компонентов в твердом состоянии;
в), г) отсутствия растворимости компонентов в твердом состоянии;
д), е) ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии.
Верхняя линия на диаграмме - линия ликвидус показывает начало кристаллизации или конец плавления. Выше этой линии все сплавы находятся в однофазном жидком состоянии. Нижняя линия - линия солидус - коец кристаллизации или начало плавления. Ниже этой линии все сплавы также в однофазном твердом состоянии. Когда компоненты полностью не растворяются друг в друге в твердом состоянии и растворимы в жидком состоянии, линия ликвидус - ломаная, причем при эвтектическом составе (от греческого слова эвтектикос - легкоплавкий), линия ликвидус касается линии солидус. Линия солидус представляет собой горизонтальную линию. Ниже линии солидус в сплавах имеется две твердые фазы, являющиеся чистыми компонентами сплава. поскольку компоненты не растворимы друг в друге, то свойства линейно меняются при изменении состава в соответствии с тем, как меняется количество фаз. Но вблизи эвтектического состава наблюдается отклонение от линейного закона. Это связано с тем, что при кристаллизации эвтектических сплавов из жидкости одновременно выпадают две твердые фазы, и формируется мелкозернистая структура. Измельчение зерен ведет за собой увеличение электрического сопротивления и прочности эвтектических сплавов. В системах сплавов с ограниченной растворимостью имеются две области существования фаз, представляющих раствор одного компонента в другом, и область существования смеси двух фаз. В облястях твердых растворов на основе какого-либо компонента свойства изменяются так же, как в системах с неограниченной растворимостью компонентов, а в областях, соответствующих двухфазным смесям, изменение состава ведет к изменению свойств, такому же, как в системах с нерастворимыми в твердом состоянии компонентами.
19. Сплавы Fе с С – важнейшие металлические сплавы соврем техники. Сюда относятся стали и чугуны. Fe, как и др вещ-во, никогда не бывает абсолютно чистым выделяют техническoe Fe и сплавы Fe. Технич Fe содержит 99,8…99,9% Fe и до 0,1…0,2% примесей. tПЛ (Fe) такой чистоты=1539С. Прочность технического Fe невысока при высокой пластичности. В тв состоянии Fe может в 2 модификациях в зависимости от t: до 910 и >1392: ОЦК -Fe; 910-1392: ГЦК -Fe. Кривая охлаждения фиксирует 2 полиморфных и 1 магнитное превращение. Стр 196 рис 6.2!!! При магнитном превращении температурная остановка при 768С связана не с перестройкой крист решётки и перекристаллизацией, а с внутриатомными изменениями внешних и внутренних электронных оболочек, кот и приводят к изменению магнитных св-в. С VI группе ПСХЭ. С встречается в природе в виде двух основных модификаций: алмаза и графита. С имеет гексагональную слоистую крист решётку. С – мягкий материал и обладает низкой прочностью. Прочность С с t аномально . При 2500С С прочнее всех тугоплавких М. С образует с Fe твёрдые р-ры внедрения. Растворимость С в Feз зависит от его крсталличекой формы. Диаметр поры крист решётки ОЦК <<, чем диаметр поры решётки ГЦК -Fe способно растворять С в очень малом количестве, а растворимость С в -Fe существенно больше. Влияние малого размера октаэдрической поры в решётке ОЦК на низкую растворимость С усугубляется ещё тем, сама октаэдрическая пора несимметрична: она вытянута по одной оси вследствие воздействия на неё близлежащих атомов, в том числе и в центре куба. В системе Fe-С возможно присутствие следующих фаз: жидкой фазы, твёрдых растворов на базе -Fe (феррита (Ф)) и на базе -Fe (аустенита (А)), химич соединения Fe3С (цементита (Ц)) и графита. Ф – тв р-р внедрения С в -Fe. При 727С наблюдается max растворимость С в Ф. Св-ва Ф близки к свойствам чистого Fe. А – тв р-р внедрения С в -Fe. При 1147С А может содержать до 2,14% С; при 727С – 0,8% С. И в Ф, и в А могут растворяться многие легирующие элементы, образуя твёрдые р-ры замещения и резко изменяя их св-ва. Легирование может значительно изменять t границ существования этих фаз. Ц – карбид Fe Fe3C, в кот содержится 6,67% С. tПЛ Ц = 1252С. Обладает высокой твёрдостью, легко царапает стекло. Ц оч хрупок, имеет почти нулевую пластичность, сложную ромбическую решётку с плотной упаковкой атомов. При нагреве Ц распадается.
20. Основные виды термической обработ¬ки -отжиг,закалка, отпуск и старение. Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии (А3 для доэвтектоидной и А1—для заэвтектоидной сталей), после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении. Разновидности: Закалка в одном охладителе ,Поверхностная закалка.Струйчатая закалка ,Закалка самоотпуском , Ступенчатая закалка ,Изотермическая закалка,Закалка с обработкой холодом ,Закалка в двух средах . Отжиг – ТО, в процессе кот производится нагрев деталей из стали до требуемой t с последующей выдержкой и медленным охлаждением в печи для получения однородной, равновесной, менее тв структуры, свободной от остаточных напряжений. Отжиг I рода – отжиг, при кот нагрев и выдержка м производятся с целью приведения его в однородное (равновесное состояние) за счёт химич неоднородностей. О I рода (М и сплавы не испытывают фазовых превращений (Fe)); II рода (происходит фазовая перекристаллизация). Отжиг II-го рода – ТО, заключающаяся в нагреве стали до t выше критических точек АС1 и АС3, выдержке и последующем медленном охлаждении. О II-го рода основан на прохождении фазовых превращений в твёрдом состоянии – превращении - и потому часто наз-ся фазовой перекристаллизацией. Обычно О II-го рода явл подготовительной ТО – в процессе О твёрдость и прочность, что облегчает обработку резанием средне- и высокоуглеродистых сталей. Неполный О инструментальных сталей предшествует окончательной ТО. Иногда О II-го (для крупных неответственных отливок) рода явл окончательной ТО.
Закалённая сталь находится в крайне нестабильном состоянии. В структуре – мартенсит, кот представляет собой пересыщенный р-р С в Fe. И естественно сталь стремится перейти в более устойчивое состояние. Эти процессы начинаются уже при комнатной t, но диффузионная подвижность атомов недостаточна. Чтобы привести сталь в более стабильное состояние, её приходится нагревать. Этот нагрев наз-ся отпуском. При этом происходит распад мартенсита с образованием феррита и цементита. 2) Средний отпуск проводят при 350…450С. При этом образуется структура, кот наз-ся троостит отпуска Виды отпуска по t: 1) низкий отпуск проводят при t до 250С (120-250С). При этом образуется структура, кот наз-ся отпущенный мартенсит (пересыщение мартенсита по С несколько меньше и есть мельчайшие выделения карбидов). 3) Высокий отпуск проводят при 450…650С. В рез-те образуется структура, кот наз-ся сорбит отпуска. При этих t образовавшиеся частицы цементита уже успевают вырасти, образуется грубодисперсная смесь (сорбит отпуска).
Старением называют изменение свойств сплавов с течением времени. В результате старения изменяются физико-механические свойства. Прочность и твердость повышаются, а пластичность и вязкость понижаются. Старение может происходить при температуре 20° С (естественное старение) или при нагреве до невысоких температур (искусственное старение).Различают два вида старения: 1) термическое, протекающее в закаленном сплаве; 2) деформационное (механическое), происходящее в сплаве, пластически деформированном при температуре ниже температуры рекристаллизации.