- •2.8 Превращения чугунов…………………………………………...…… 34
- •1.1 Введение
- •1.2 Структура курса
- •1.3 Типы химических связей в веществе
- •1.4 Методы измерения твердости металлов
- •1.4.1 Измерение твердости по Бринеллю
- •1.4.2 Измерение твердости по Виккерсу
- •1 Рисунок 1.8 - Положение наконечника при определении твердости по Роквеллу, 1-3 этапы воздействия .4.3. Измерение твердости по Роквеллу
- •1.5 Кристаллизация веществ
- •1.5.1 Общие понятия о кристаллической решетке и ее дефектах
- •1.5.2 Дальний порядок и ближний порядок в веществе
- •1.5.3 Дефекты кристаллической решетки
- •1.5.4 Кристаллизация жидкостей и макроструктура слитка
- •1.5.5 Гомогенное зарождение кристаллов
- •1.5.6 Гетерогенное зарождение кристаллов
- •1.5.7 Необходимость управления процессом кристаллизации
- •1. Ковалентной связью называется:
- •2.2 Общие понятия о металлических сплавах
- •2.3 Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов
- •2.5 Структура и физические свойства сплавов железо-углерод
- •2.6 Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов
- •2.7 Превращения сталей в твердом состоянии
- •2.8 Превращения чугунов
- •1. Металлы – это…
- •2. В каком состоянии компоненты сплавов хорошо растворяются друг в друге
- •3. Сплавы механические смеси образуются
- •3.2 Превращения в стали при нагреве
- •3.2.2 Превращения в стали при охлаждении
- •3.2.2 Мартенситное превращение
- •3.2.3 Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита
- •3.3 Отжиг стали
- •3.4 Закалка стали
- •3.4.1 Охлаждение при закалке стали
- •3.4.2 Режимы закалки стали
- •3.5 Отпуск стали
- •3.6 Отпускная хрупкость
- •3.7 Химико-термическая обработка стали
- •3.7.1 Цементация
- •3.7.2 Цементация в твердом карбюризаторе
- •3.7.3 Газовая цементация
- •3.7.4 Азотирование
- •3.7.4 Цианирование
- •3.7.5 Диффузионная металлизация
- •1. Под термической обработкой понимают процессы
- •4.2 Влияние примесей на свойства стали
- •4.2.1 Постоянные примеси
- •4.2.2 Легирующие примеси
- •4.3 Классификация железоуглеродистых сталей
- •4.3.1. Кипящая сталь
- •4.3.2 Спокойная сталь
- •4.3.3 Полуспокойная сталь
- •4.4 Маркировка, свойства, термическая обработка и область применения углеродистых сталей
- •4.4.1 Углеродистые конструкционные стали
- •4.4.2 Автоматные стали
- •4.4.3 Конструкционные низколегированные стали
- •4.4.4 Конструкционные цементуемые стали
- •4.4.5 Конструкционные улучшаемые стали
- •4.4.6 Рессорно-пружинные стали
- •4.4.7 Шарикоподшипниковые стали
- •4.4.8 Износостойкие стали
- •4.4.9 Стали и сплавы с особыми свойствами
- •4.5 Инструментальные стали и сплавы
- •4.5.1 Общая характеристика
- •4.5.2 Углеродистые инструментальные стали (гост 1435).
- •4.5.3 Легированные инструментальные стали
- •4.5.4 Быстрорежущие стали
- •4.5.5 Стали для измерительных инструментов
- •4.5.6 Штамповые стали
- •4.5.7 Твердые сплавы
- •4.6 Чугуны
- •4.6.1 Классификация чугунов
- •4.6.2 Влияние состава чугуна на процесс графитизации
- •4.6.3 Влияние графита на механические свойства отливок
- •4.6.4 Серый чугун
- •4.6.5 Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
- •4.6.6 Ковкий чугун
- •4.6.7 Отбеленные и другие чугуны
- •5.2 Алюминий и его сплавы
- •5.3 Классификация алюминиевых сплавов
- •5.3.1 Деформируемые алюминиевые сплавы
- •5.3.1.1 Маркировка деформируемых сплавов
- •5.3.2 Термически неупрочняемые коррозионностойкие и свариваемые сплавы
- •5.3.2.1 Сплавы системы Al—Mn
- •5.3.2.2 Сплавы системы Al—Mg (магналии)
- •5.3.3 Сплавы повышенной пластичности и ковочные
- •5.3.3.1 Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичности системы Al—Mg—Si (авиали)
- •5.3.3.2 Ковочные сплавы системы Al—Cu—Mg—Si (дюралюмины)
- •5.3.3.3 Сплавы системы Al-Si (силумины)
- •5.4 Медь и ее сплавы
- •5.4.1 Латуни
- •5.4.2 Бронзы
- •5.4.2.1 Оловянистые бронзы
- •5.4.2.2 Свинцовые бронзы
- •5.5 Титан и его сплавы
- •5.6 Магний
- •5.7 Бериллий
- •6.2 Полиэтилен
- •6.3 Поливинилхлорид
- •6.4 Фторопласт
- •6.5. Полистирол и пластики абс
- •6.6 Полипропилен
- •6.7 Поливинилацетат
- •6.8 Фенолоформальдегидные смолы
- •6.9 Кремнийорганические полимеры
- •6.10 Эпоксиполимеры
- •6.11 Полиуретан
- •6.12 Полиамиды
- •6.13 Пластмассы
- •7.1.1 Структура композиционных материалов
- •7.1.2 Полимерные композиционные материалы (пкм)
- •7.1.3 Композиционные материалы с металлической матрицей
- •7.1.4 Композиционные материалы на основе керамики
- •1. Композиционные материалы
- •Вайнгард, у. Введение в физику кристаллизации металлов [Текст] / у. Вайнгард. - м. : Мир, 1967. – 170 с.
- •Учебное пособие по курсу «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
2.5 Структура и физические свойства сплавов железо-углерод
Рисунок 2.6 –
Диаграмма состояния железо-углерод
Основой для определения структуры и свойств железоуглеродистых сплавов является диаграмма состояния железо-углерод (рисунок 2.6). Данная диаграмма показывает, какие фазы и структурные составляющие существуют в различных температурных интервалах при разном содержании углерода.
На диаграмме точка 2,14% по оси абсцисс делит ее на две части. Левее данной точки находится область сталей, правее располагается область чугунов. До концентрации 0,8% находятся доэвтектоидные стали, после 0,8% - заэвтектоидные.
С ростом содержания углерода в стали увеличивается предел прочности, текучести и твердости. В тоже время ударная вязкость и относительное удлинение уменьшаются. Обычные конструкционные стали имеют предел прочности порядка 300…700 МПа и должны без какой – либо обработки хорошо свариваться. При большом содержании углерода это становится затруднительным, особенно при таком его содержании, как в чугунах.
Основными компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит.
Железо – переходной металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – около 1539 оС.
В твердом состоянии железо может находиться в двух модификациях. Полиморфные превращения происходят при температурах 911оС и 1392 оС. При температуре ниже 911 оС существует модификация железа с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392 оС устойчивой является модификация железа с гранецентрированной кубической решеткой. Выше 1392оС железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется или высокотемпературное железо. Высокотемпературная модификация не представляет собой новой аллотропической формы.
При температуре ниже 768 оС железо ферримагнитно, а выше – парамагнитно.
Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочности 250 МПа, предел текучести 120 МПа) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение 50 %, а относительное сужение 80 %). Свойства могут изменяться в некоторых пределах в зависимости от величины зерна.
Железо характеризуется высоким модулем упругости, наличие которого проявляется и в сплавах на его основе, обеспечивая высокую жесткость деталей из этих сплавов.
Железо со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.
Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 оС, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 оС).
В сплавах железа с углеродом углерод находится в состоянии твердого раствора с железом и в виде химического соединения – цементита (Fe3C), а также в свободном состоянии в виде графита (в некоторых чугунах).
Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в железо. Имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную 0,006% при комнатной температуре, максимальную – 0,02 % при температуре 727 оС. Углерод располагается в дефектах кристаллической решетки, так как расстояние между атомами в модификации железа с объемно-центрированной кубической решеткой меньше диаметра атома углерода.
Физические свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 130 НВ, предел прочности 300 МПа) и пластичен (относительное удлинение 30 %).
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в железо. Расстояние между атомами в модификации железа с гранецентрированной кубической решеткой больше, чем диаметр атома углерода, что позволяет последнему образовывать с железом твердые растворы внедрения.
Аустенит имеет переменную растворимость углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727 оС, максимальную – 2,14 % при температуре 1147 оС.
Твердость аустенита равна 200…250 НВ, относительное удлинение – 40…50 %. Аустенит парамагнитен. При растворении в аустените других элементов могут меняться его свойства и температурные границы существования.
Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом, карбид железа (Fe3C), содержит 6,67 % углерода.
Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу.
Температура плавления цементита точно не установлена (1250…1550 оС). При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре 217 оС.
Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую пластичность. Такие свойства у него проявляются по причине сложного строения кристаллической решетки.
Цементит способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут замещаться атомами неметаллов: азотом, кислородом; атомы железа – металлами: марганцем, хромом, ванадием и др. Такой раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом.
Карбид железа является химически неустойчивым компонентом и легко распадается с образованием свободного углерода в виде графита.
Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита. Образуется в результате распада аустенита при его охлаждении. Перлит может быть пластинчатым или зернистым. Это определяет его механические свойства.
Ледебурит (Л) – эвтектика аустенита и цементита. Является твердым и хрупким металлом. При температуре ниже 727 оС состоит из цементита и перлита.