Диаграммы состояния сплавов с устойчивым химическим соединением

Изобразите и опишите кривую нагрева и охлаждения ме.

Железоуглеродистые сплавы. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом. Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны. Железо образует с углеродом кинетически устойчивое химическое соединение: цементит – Fe₃C. Каждое устойчивое химическое соединение можно рассматривать как компонент.

1. Железо – переходный металл светло-серебристого цвета. Имеет высокую температуру плавления, равную 1539^o ± 5^o С. Железо технической чистоты обладает невысокой твердостью (80 НВ по Бринеллю) и прочностью, но высокими характеристиками пластичности.

Железо со многими элементами образует твердые растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.

2. Углерод относится к неметаллам.

В сплавах железа с углеродом углерод находится в состоянии твердого раствора с железом, в виде химического соединения – цементита (Fe₃C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).

3. Цементит (Fe₃C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.

При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217^o С.

Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность.

Цементит – соединение неустойчивое (метастабильное) и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение при структурообразовании чугунов.

В системе железо – углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, твердый раствор углерода в α–Fe – феррит, твердый раствор углерода в γ-Fe - аустенит, химическое соединение - цементит.

Основные виды термической обработки стали. терическая обработка ме представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняется в определенном порядке при определенных режимах с целью изменить внутреннее строение сплавов и получить нужные св-ва. Виды:отжик первого и второго радов, закалка, отпуск.

Что является движущей силой процесса кристаллизации? Движущей силой процесса кристаллизации является пересыщение, то есть превышение фактической концентрации кристаллизующегося вещества над его равновесной концентрацией в данных условиях. Это очень простое, но очень важное определение. Из него следует, что отсутствие пересыщения остановит процесс кристаллизации. Термодинамическое состояние системы определяет ее энтропию (структуру).

Виды отжигов сталей. Отжиг 1-ого рода используется для устронения хим неоднородности и снижения внутреннего напряжения. Отжиг 2-ого рода- для сплавов, испытывающих фазовыми превращения при нагреве и охлаждении: полный отжиг- для доэвтектоидных, неполный отжиг- эвтектоидных и заэвтектоидных, нормализация.

Закалка стали. Закалка - термическая обработка - заключается в нагреве стали до температуры выше критической или температуры растворения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающих критическую.

Закалка не является окончательной операцией термической обработки, Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергается отпуску.

Инструментальную сталь в основном подвергают закалке и отпуску для повышения твердости. износостойкости и прочности, а конструкционную сталь - для повышения прочности, твердости, получения достаточно высокой пластичности и вязкости, а для ряда деталей также высокой износостойкости.

Виды кристаллических решеток ме и их характеристика. ОЦК- решетку. Основу ОЦК-решетки составляет элементарная кубиче­ская ячейка, в которой положительно заряжен­ные ионы металла находятся в вершинах куба, и еще один атом в центре его объема, т. е. на пересечении его диагоналей. Такой тип решетки в определенных диапазонах температур имеют железо, хром, ванадий, вольфрам, молибден и др. металлы. ГЦК- решетку. У ГЦК-решетки элементарной ячейкой слу­жит куб с центрированными гранями. Подобную решетку имеют железо, алюминий, медь, никель, свинец и др. металлы. ГПУ- решетку. ГПУ-ячейка состоит из отстоя­щих друг от друга на параметр с параллельных центриро­ванных гексагональных оснований. Три иона (атома) нахо­дятся на средней плоскости между основаниями. У гексагональных решеток отношение параметра с / а всегда больше единицы. Такую решетку имеют маг­ний, цинк, кадмий, берилий, титан и др. тетраганальную решетку. Два из трех базовых векторов имеют одинаковую длину, а третий отличается от них. Все три вектора перпендикулярны друг к другу.

Виды отпуска сталей. Низкий(высокая тв и износостойкость изделия), средний(высокие упругие св-ва), высокий(для высокой надежности).

Основные характеристики пластичности ме. Пластичность – способность металла изменять форму и размеры без нарушения сплошности.

Используется при различных видах обработки металлов давлением:

Ковке, штамповке и т.д.

Харак-ки:

Относительное удлинение (измеряется в %)

δ =

Lк и L0 – Конечные и начальные длины

Относительное сужение (измеряется в %)

ψ =

F0 и Fк – начальная и конечная площади поперечного сечения

Хомико- термическая обработка сталей. ХТО – процесс изменения химического состава структуры и свойств поверхностного слоя стали под действием нагрева и окружающей среды определенного состава, вызывающих диффузионное насыщение этого слоя атоами насыщенного элемента. Основными видами ХТО являются: цементизация, азотирование, метроцементация (циатирование), диффузионная металлизация

- насыщение AL –алюминирование

- насыщение Si – силицирование

- насыщение Cr – хромирование

- В – борирование

- Ni – никилирование

- цементом – цементация.

Насыщение углеродом поверхности сталей с низким содежанием углерода (0,1-0,2%) на глубину 1-2мм и больше. Нагрев при 930-950^оС. После цементизации и термообработки поверхностный слой имеет высокую твердость – 60-63HRC.