Содержание:

Стр.

Тема №1: Строение металлических сплавов. 3

1.1. Фаза металлических сплавов. 4

1.2. Понятие диаграммы состояния сплава. 5

1.3. Построение диаграмм состояния термическим методом. 6

Тема №2: Основные типы диаграмм состояния двух компонентных сплавов. 7

2.1. Диаграммы состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии. 7

2.2. Правило отрезков. 8

2.3. Диаграмма состояния для сплавов образующие механические смеси из чистых компонентов. 9

2.4. Диаграммы состояния для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии. 11

2.5. Диаграммы состояния для сплавов компоненты которых образуют химическое соединение. 15

2.6. Диаграммы состояния для сплавов, компоненты которых испытывают полиморфные превращения. 16

Тема №3: Диаграмма состояния железо-углеродистых сплавов. 17

3.1. Структурные составляющие сплавов железа с углеродом. 18

3.2. Диаграмма состояний железоуглеродистых сплавов. 19

3.3 Фазовые превращения в сталях. 20

3.4. Фазовые превращения в чугунах. 22

Тема №4: Углеродистые стали и чугуны. 24

4.1. Общая характеристика и получение сталей и чугунов. 24

4.2. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства углеродистых сталей. 25

4.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей. 26

4.4. Микроструктура и свойства чугунов. 27

4.5. Образование графитных включений в чугунах. 28

Тема №5: Теоретические основы термической обработки. 29

5.1. Общие сведения по теоретической обработке сталей. 29

5.2. Образование аустенита из перлита при нагреве углеродистых сталей. 30

5.3. Превращение аустенита в перлит при равновесном охлаждении сплава. Диаграмма изотермического распада аустенита. 31

5.4. Мартенситное превращение аустенита. 33

5.5. Превращения при отпуске закалённых сталей. 33

Тема №6: Технология термообработки углеродистой стали. 34

6.1. Отжиг и нормализация. 34

6.2. Закалка и отпуск углеродистых сталей. 35

Материаловедение – это наука о некоторых материалах, широко используемых в современной технике (металлы и сплавы).

Основной задачей материаловедения является установление взаимосвязи между составом, структурой и свойствами материала, а так же разрабатывания путей целенаправленного взаимодействия на эти свойства (стали и чугуны).

Тема №1: Строение металлических сплавов.

Сплавами называются вещества, получаемые сплавлением двух и более элементов.

Элементы сплавов принято называть компонентами. Компоненты сплавов, взаимодействуя друг с другом образуют те или иные фазы.

Фаза – это однородная часть сплава, обладающая своим собственным составом, структурой, свойствами и отделённая от других частей сплава поверхностью раздела или границей. Фазы могут быть жидкими или твёрдыми. В сплаве могут существовать одна, две и больше фаз. Число фаз и их тип определяет состояние сплава.

1.1. Фаза металлических сплавов.

Если основу сплава составляет металлы и сплав обладает ярко выраженными металлическими свойствами (металлический блеск, высокая электро и теплопроводностью и пластичностью), то такие сплавы называются металлическими. В металлических сплавах могут быть образованы следующие фазы: различные жидкие растворы компонентов, в чистом состоянии, а так же твёрдые растворы компонентов.

В жидком расплавленном состоянии компоненты металлических сплавов, обычно образуют неограниченные жидкие растворы (т.е. в любых соотношениях растворяются друг в друге). В таком случае сплав является однородным, однофазным и состоит только из одного жидкого раствора. В редких случаях компоненты растворяются друг в друге ограниченно или совсем не растворяются. Тогда сплав будет состоит из двух частей, а точнее из двух не смешивающихся слоёв (если сплав двух компонентный). Верхний слой образует менее тонкий компонент. В твёрдом состоянии компоненты сплавов могут образовывать химические соединения, либо растворяться друг в друге, либо выделяться в чистом виде.

Если сплав двух компонентный, то химическое соединение, образующееся в сплаве в общем случае может быть записано: An Bm. Где A и B − компоненты сплава, n и m − целые числа.

В химическом соединении наблюдается определённое соотношение компонента, которое отображает его химическая формула. В одном сплаве может образовываться несколько химических соединений с различной формулой: AB₂; A₂B₃ …. Химическое соединение имеет свою собственную структуру и свойства, отличные от структуры и свойств компонентов, образующих это соединение (Fe₃C - цементит). Если компоненты A и B растворяются друг в друге в твёрдом состоянии, то тогда в сплавах наблюдается образование различных твёрдых растворов (A(B), B(A)).

Впервом случае:A − растворитель, B − растворённое вещество. Во втором случае всё наоборот. В общем случае: .

При образовании твёрдых растворов, у фазы сохраняется кристаллическая структура компонента растворителя. Возможны два типа твёрдых растворов: твёрдые растворы замещения и твёрдые растворы внедрения.

При образовании твёрдого раствора замещения, атомы растворителя компонента замещают атомы растворителя в узлах его кристаллической решётки. При образовании твёрдого раствора внедрения, атомы растворённого компонента размещаются в порах или междоузлиях кристаллической решётки компонента растворителя.

Твёрдые растворы замещения чаще всего образуют элементы, чей атомные радиус меньше атомного радиуса элемента растворителя. Например, углерод и азот, растворяясь в железе образуют твёрдый раствор внедрения. Растворённые атомы всегда искажают кристаллическую решётку компонента растворителя. При некоторой концентрации растворённых атомов эти искажения могут достичь своего придельного значения, что ведёт к ограничению растворимости. Твёрдые растворы внедрения всегда ограничены. Максимальная концентрация растворённых атомов в них не превышает 1−2%. Твёрдые растворы замещения могут быть как ограниченные, так и не ограниченные. Не ограниченные растворы образуются в том случае, если оба компонента имеют одинаковый тип кристаллической решётки, близкий атомный радиус и свойства. Например, золото и платина имеют ГЦК решетку и близкие свойства, поэтому не ограничено растворяются друг в друге. В этом случае: . Твердые растворы могут образовываться не только на базе чистых компонентов, но и на базе химических соединений. В таком случае химические соединения выступают в роле растворителя, в которых растворяется какой-то третий компонент

Например: - это раствор хрома, азота, углерод.

Если компонентыA и B не растворяются друг в друге в твёрдом состоянии и химически не взаимодействуют друг с другом, то тогда наблюдается образование двух фаз чистых компонентов, находящихся в твёрдом состоянии. В этом случае микроструктура сплава представляет собой механическую смесь зёрен или фаз чистого компонента A и чистого компонента B.

Здесь каждое зерно это чистый компонент A и чистый компонент B.

Свойства всего сплава в целом определяется простой суммой свойств A и B пропорционально их количеству.