авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Восточно-Сибирский государственный

технологический университет»

(ГОУ ВПО ВСГТУ)

МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ

И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Улан-Удэ

Издательство ВСГТУ

2006

Введение УДК 669.017(075.8) ББК 34.2Я73 Рецензенты: Металловедение - наука о металлах и сплавах. Она Председатель УМС по специальности 121200 устанавливает связь между свойствами, структурой, составом «Технология художественной обработки и обработкой металлов и сплавов.

материалов» д.т.н., профессор В.И.Куманин Свойства металлов и сплавов (механические, Зав. кафедрой АлтГТУ, д.т.н., физические, химические, технологические) зависят от их профессор А.М. Гурьев структуры, а структура, в свою очередь, зависит от обработки М54 (термической, химико-термической, холодной и горячей МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА пластической деформации, сварки и т.д.).

МЕТАЛЛОВ: Пособие к лабораторным работам / И.Г. Сизов, Металловедение знакомит с теми законами, по которым Б.Д. Лыгденов, Д.М. Махаров, Аганаев Ю.П., И.Б. Обунеев. структура металлов и сплавов изменяется в зависимости от Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. 238 с. их обработки и состава, и с теми внутренними превращениями, которые протекают в сплавах при Цель пособия — оказание помощи студентам при изучении дисциплины изменении температуры или химическом и механическом металловедение, а также развитие у них навыков самостоятельной работы и воздействии на них.

научного исследования.

Приведены 12 лабораторных работ, вопросы для контроля и самопроверки, Вместе с этим металловедение даёт нам знания о задачи.

применении металлов и сплавов, указывает на пути Теоретические сведения по работам расширены, что важно для студентов рационального выбора их для определенного назначения.

заочников, не всегда имеющих возможность пользоваться дополнительной литературой. Работы состоят из нескольких разделов: цель работы, краткие В развитие металловедения большой вклад внесли сведения из теории, задания и методические указания, порядок оформления русские, советские ученые, среди которых Н.С. Курнаков, отчета, разделы программы, которые нужно знать при выполнении и сдаче И.Н. Байков, С.С. Штейберг, М.Е. Блантер, Я.Б. Фридман, лабораторной работы. Для студентов технических специальностей вузов.

В издании отражен многолетний опыт преподавателей кафедры Ю.М. Лахтин, А.А. Бочвар, И.А. Одинг, И.В. Кудрявцев, И.Н.

«Металловедение и технологии обработки материалов» Восточно-Сибирского Богачёв, Ю.А. Геллер, И.И. Сидорин и др., но государственного технологического университета и Алтайского государственного основоположниками научного металловедения по праву технического университета.

Ключевые слова: аустенит, термическая обработка, закалка, сталь, являются русские инженеры Павел Петрович Аносов и чугун, цветные металлы. Дмитрий Константинович Чернов.

ББК 34.2Я © Сизов И.Г. с соавт., 2006 г.

© ВСГТУ, 2006 г.

отделенных от другого объема поверхностью раздела Лабораторная работа границей зерна.

Существует внутренняя связь между наблюдаемой на МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ изломе величиной зерна и свойствами металла. Особенно МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.

резко величина зерна влияет на сопротивление металла динамическим нагрузкам, на его вязкость. Чем крупнее I. Цель работы.

Целью работы является изучение методов зерно, тем сплав становится более хрупким. Хрупкость макроскопического исследования строения и качества металла может явиться причиной разрушения деталей машин сплавов по шлифам и изломам. и конструкций в процессе их эксплуатации.

Величина зерна зависит от многих факторов:

химического состава сплава, условий его кристаллизации в II. Сведения из теории.

Макроскопический анализ заключается в определении период перехода из жидкого состояния в твердое, условий строения металлов и сплавов невооруженным глазом или при последующей пластической деформации (в горячем или в помощи лупы или бинокулярного микроскопа при холодном виде), термической обработки.

увеличении до 30 раз. При ускоренном охлаждении жидкого металла или при Строение металлов, изучаемое при помощи введении в жидкий металл специальных присадок– макроскопического анализа (макроанализа) называется модификаторов, структура получается мелкозернистой.

макроструктурой. При последующем высокотемпературном и длительном Макроанализ широко применяется в металлургической нагреве металла, зерна могут увеличиваться до значительных и машиностроительной промышленности. размеров. Причиной такого роста зерен является стремление Макроскопическим анализом выявляются: системы уменьшить запас свободной поверхностной энергии, 1. Характер излома (хрупкий или вязкий), излом при этом происходит слияние отдельных мелких зерен в усталости. более крупные.

2. Дефекты, нарушающие сплошность металла: Изменение величины зерна в зависимости от неметаллические включения, волосовины, пористость, температуры и времени нагрева можно наблюдать на рыхлость, раковины, расслоения, закаты, флокены, трещины. углеродистой стали 45 (рис.1). Чем выше температура 3. Химическая неоднородность (ликвация). нагрева и продолжительнее нагрев, тем больше укрупняется 4. Дендритная и волокнистая структура. зерно.

На величину зерна существенное влияние оказывает химический состав стали. Многие легирующие элементы 1. Макроанализ по виду излома.

Излом дает возможность выявить качество металла (по (хром, никель, вольфрам, ванадий), вводимые в сталь, величине зерна и характеру его разрушения). уменьшают склонность стали к росту зерна.

Зерно - объем металла, состоящий из отдельных Пластическая деформация (прокатка, ковка, кристалликов, одинаково ориентированных в пространстве, штамповка), термическая обработка (отжиг, нормализация, 4 закалка) могут вернуть сплаву мелкозернистое строение, мгновенно, или процесс разрушения развивался постепенно, разрушить крупное зерно, не нарушая сплошности металла. во времени (часы, сутки, месяцы).

При постепенном развитии процесса разрушения образуется характерный излом, называемый усталостным.

Процесс разрушения в этом случае обычно начинается у поверхности детали и постепенно распространяется вглубь, давая сглаженную поверхность в местах зарождения трещин.

Сглаженная поверхность получается в результате длительного контакта (трения) двух поверхностей образовавшейся микротрещины.

Когда сечение детали значительно ослабевает, в результате увеличения количества микротрещин и роста их протяженности, происходит мгновенное, полное разрушение детали с кристаллическим строением второй части излома.

Усталостные разрушения встречаются в деталях, работающих с переменными нагрузками по величине и знаку с большой частотой.

Рис 1. Схема роста зерна в сталях (Сталь 45 - углеродистая Если деталь работала при нормальных нагрузках (без качественная конструкционная. Химический состав: С = 0,42-0,5%, Si = 17-0,37%, Мn - 0,5-0,8%, S 0,040%, Р 0,040) перегрузок), а металл обладал достаточно высокой пластичностью, то зона медленного разрушения значительно 2. Хрупкий и вязкий излом. больше зоны мгновенного разрушения. И наоборот, если При анализе необходимо указать, произошло хрупкое работа детали сопровождалась временными перегрузками, или вязкое разрушение металла. или металл имел высокую твердость и низкую вязкость, то Хрупкий излом характеризуется чётко выраженными зона медленного разрушения занимает малую площадь в границами зёрен, без видимых следов их пластической сечении излома, а зона мгновенного излома - большую деформации. Металл, склонный к хрупкому разрушению, площадь.

может разрушиться даже под действием небольших внешних Обычно разрушение деталей в результате их усталости сил. Вязкий излом характеризуется большей или меньшей наблюдается при несовершенстве их геометрической формы степенью деформации металла, предшествовавшей его (наличие резких переходов от одной поверхности к другой), разрушению. Границы отдельных зёрен в этом случае не наличии на поверхности задиров, рисок, царапин, просматриваются. загрязнённости металла неметаллическими включениями. На рисунке 2 приведена схема усталостного излома.

3. Усталостный излом.

Характер излома, полученного в результате разрушения деталей машин, может указать, произошло ли их разрушение 6 В результате разной скорости растворения в кислотном растворе здоровых и дефектных участков металла, а также участков металла, имеющих разную структуру и химический состав, на плоскости разреза отчётливо выявляются все дефекты металла и особенности его макроструктуры.

5. Дефекты, нарушающие сплошность металла.

Из многочисленных дефектов, нарушающих сплошность металла могут быть отмечены следующие:

неметаллические включения;

пористость;

волосовины, флокены.

Неметаллические включения.

К неметаллическим включениям относятся примеси, Рис 2. Схема излома усталости, прошедшего по шейке попадающие в металл в процессе его выплавки. К таким коленчатого вала примесям относятся MgS, FeS, SiO2, Аl2Оз и другие.

Неметаллические включения могут быть пластичными и при 4. Оценка качества металла методом глубокого деформации металла принимать нитевидную форму, как, травления. например MgS (сульфид марганца) (рис.3), или хрупкими, Для выявления в металле различных металлургических которые при деформации металла разрушаются, не дефектов, нарушающих сплошность металла, а также для деформируясь, и располагаются в виде цепочек, как, выявления строения металла (дендритное или волокнистое) например А12О3 (окись алюминия) (рис.3).

применяется метод глубокого травления. Сущность метода Неметаллические включения нарушают сплошность заключается в том, что металл (прокат, отливка, поковка или металла. Чем острее форма включения, тем большая готовая деталь) разрезается в долевом или поперечном опасность возникновения в этих местах высоких напряжений.

направлениях, шлифуется по плоскости разреза (вначале на При значительных переменных нагрузках эти места могут шлифовальном станке, а затем тонкими наждачными явиться началом возникновения трещин усталости.

шкурками) и травится в водном растворе соляной (в Неметаллические включения часто могут быть отношении 1:1) или серной (в отношении 1:5) кислоты, при выявлены на магнитных дефектоскопах лишь после температуре 60-70° С. Продолжительность травления окончательной обработки деталей.

колеблется от 30 минут до 1-2 часов, в зависимости от Пористость. Пористость, уменьшая плотность химического состава и структурного состояния металла. металла, понижает характеристики его механических свойств Посла травления микрошлиф промывается в проточной воде (твёрдость HВ, HRC, предел прочности в МПа, предел и сушится фильтровальной бумагой или сжатым воздухом.

8 текучести т, относительное удлинение %, относительное извилистых волосных трещин протяжённостью от долей сужение %, ударную вязкость КС МДж/м2. миллиметра до нескольких десятков миллиметров. Флокены Пористость обнаруживается в виде точечных пустот, могут также выявляться в долевом (вдоль проката) изломе как результат наличия в стали газовых пузырей или стали, неметаллических включений.

Газовые пузыри образовываются в процессе кристаллизации металла, насыщенного различными газами (кислородом, азотом, водородом). Газы могут равномерно распределяться по всему объёму металла, заполняя различные несплошности (так называемая рассеянная пористость), или концентрироваться в подкорковой зоне металла (рис.3).

Волосовины. Волосные трещины могут встречаться на поверхности прокатанного металла и по его сечению.

Опасность их заключается в том, что они могут служить очагом разрушения деталей машин, особенно при работе деталей с переменными нагрузками.

Главными причинами образования таких волосовин трещин являются газовые пузыри и неметаллические включения. При деформации металла они вытягиваются в тонкие, волосные капилляры (рис.4).

Если газовые пузыри располагаются под поверхностным слоем металла (подкорковые газовые пузыри), то волосовины могут выйти на поверхность металла и обнаруживаются невооруженным глазом. Также поверхностные волосовины удаляются, как правило, на металлургических заводах путём шлифовки поверхности наждачными кругами, вырубкой пневматическими зубилами или другими способами. Внутренние волосовины, Рис 3. Металлургические дефекты в сталях расположенные на различной глубине по сечению металла, являются причиной забракования деталей после больших в виде серебристых пятен, по цвету резко отличных от затрат на их механическую обработку.

излома здоровой части металла (рис.4).

Флокены. Флокены обнаруживаются в поперечном Причиной возникновения флокенов являются сечении проката (после глубокого травления) в виде выделения из стали водорода, растворившегося в ней в 10 процессе выплавки (водород попадает в сталь из шихта, из печных газов). Зональная ликвация является следствием неравномерного распределения химических элементов по сечению слитка или проката. Склонны к ликвации сера, фосфор и углерод (рис.5).

Рис 4. Металлургические дефекты в сталях Растворимость водорода в стали уменьшается с понижением её температуры. Если охлаждение после прокатки или ковки происходит медленно, то водород успевает продиффундировать и удалиться в атмосферу.

5. Химическая неоднородность (ликвация).

Ликвация (химическая неоднородность) может быть Рис 5. Химическая неоднородность стали (ликвация).

зональной или дендритной.

12 Дендритная ликвация происходит в пределах отдельных Отпечатки промывают в воде и закрепляют в гипосульфите.

кристалликов как результат равной растворимости того или Такой метод даёт представление о качественном иного элемента в твёрдой фазе. Дендрит имеет древовидное распределении серы по сечению металла.

строение (в виде ёлочки), при котором отчетливо видны оси дендритов и междендритное пространство. При определении 8. Волокнистая структура. Волокнистая структура хим. состава и твёрдости "осей" дендритов и межосных обнаруживается в металле, подвергнутом пластической пространств может быть обнаружена значительная разница в деформации (прокатке, ковке, штамповке). В процессе их величинах. деформации, например прокатки, литой металл Химическая неоднородность - ликвация ухудшает деформируется в определённом направлении. Имеющаяся в механические свойства сплавов, делает их неоднородными. металле неоднородность также ориентируется в направлении 7. Выявление ликвации серы по методу Баумана. Сера деформации. Вытягивается вдоль прокатки дендриты и и фосфор опасны не только своим абсолютным количеством, междендритные области - зоны, обогащенные серой и но и склонностью к ликвации - неравномерному их фосфором, вытягиваются поры, образующие при этом распределению. тончайшие капилляры, деформируются неметаллические В ряде случаев, при общем небольшой количестве, сера включения.

и фосфор могут концентрироваться в отдельных зонах В результате такой деформации, металл приобретает сечения и достигать опасных пределов. Поэтому важно знать характерный, ориентированный вдоль вытяжки "рисунок" не только абсолютное количество этих элементов в стали, но структуры. Ориентированная в определенном направлении и характер их распределения, метод Баумана даёт макроструктура приводит к неоднородным механическим возможность решить эту задачу. Сущность метода свойствам металла в долевом и поперечном направлениях.

заключается в следующем: фотографическую Образцы металла, вырезанные для механических бромосеребряную бумагу, смоченную в 5% водном растворе испытаний в поперечном направлении, обычно ослаблены.

серной кислоты, эмульсионной стороной накладывают на Разность механических свойств в долевом и поперечном поверхность макрошлифа и выдерживают 1-2 минуты. При направлениях особенно резко проявляется при действии этом необходимо обеспечить плотный контакт между механических нагрузок. Различие в свойствах иногда бывает бумагой и металлом. Сера в стали находится в виде в 2-3 раза (рис 6.).

химических соединений с марганцем или железом. При При изготовлении деталей штамповкой стремятся наличии серы на поверхности макрошлифа будут осуществить такой процесс штамповки, при котором волокно происходить следующие реакции: следовало бы контуру детали так, как это показано на рисунке 6а.

MnS(FeS) + H2SO4 = MnSO4(FeSO4) +H2S;

2AgBr + H2S = 2HBr + Ag2S.

Ag2S образует на фотобумаге тёмные пятна, которые III. Задание.

указывают на места расположения (скопления) серы. Чем По имеющимся в лаборатории экспонатам изучить, темнее получается отпечаток, тем большее скопление серы. описать и зарисовать:

14 1. Различные виды изломов (мелкозернистый, крупнозернистый, хрупкий, вязкий, усталостный). Задача 2. Дефекты, нарушающие сплошность металла Два коленчатых вала были разрушены в процессе (пористость, усадочные раковины, надрывы и флокены). эксплуатации в области шатунных шеек. Виды изломов 3. Неметаллические включения (сульфиды, оксиды, изображены на рисунках 8 и 9.

нитриды).

4. Дендритное и волокнистое строение металла.

IV. Контрольные задачи.

1. Решить одну из приведённых задач (указанную преподавателем).

2. Оформить отчёт, все рисунки выполняются Рис. 8 Рис. карандашом, чётко, с необходимыми пояснениями.

Описать:

1. Вид и строение изломов.

Задача 2. Характер нагружения коленчатых валов.

Два коленчатых вала имеют различную макроструктуру 3. Причины разрушения.

(рис. 6 и 7);

Задача Качество нагрева металла под штамповку контролируется по излому. Описать изображенные на рисунках 10 и 11 изломы и указать основные факторы, влияющие на рост зерна:

Рис. 6 Рис. Описать:

1. Строение макроструктуры, указанной на приведенных рисунках.

2. Способы получения коленчатых валов с данными макроструктурами. Рис. 10 Рис. Описать:

3. Методы выявления макроструктуры.

1. Влияние температуры нагрева.

2. Влияние времени нагрева.

3. Влияние химического состава стали.

16 3. Влияние неметаллических включений на механические свойства.

Задача Две одинаковые детали из алюминиевого сплава 4. Радикальные средства уменьшения неметаллических (силумина) были отлиты в землю (рис.12) и кокиль (рис.13). включений в металле.

Задача Два стальных болта изготовлены из проката штамповкой и резанием (рис.15 и 16).

Рис. 12 Рис. Описать:

1. Влияние на величину зерна скорости кристаллизации.

2. Влияние на величину зерна числа центров кристаллизации, зарождающихся в единице объёма в единицу времени. Рис. 15 Рис. 3. Модифицирование и его влияние на величину зерна. Описать:

1. Какой болт изготовлен штамповкой и какой Задача 5 резанием?

Неметаллические включения располагаются в виде 2. Какой из болтов имеет более однородные тонких вытянутых линз или округлых разрозненных механические свойства (ударную вязкость) в продольном и включений. поперечном направлениях.

3. Методы выявления макроструктуры.

Задача Образцы, вырезанные из двух катанных штанг имеют различную ликвацию по сере (S) (рис.17 и 18).

Рис. Описать:

1. Какие виды неметаллических включений встречаются в сталях.

Рис. 17 Рис. 2. Причины попадания их в металл.

18 Описать: 3. Способы предупреждения образования пористости.

1. Что такое ликвация, виды ликвации.

2. Компоненты, склонные к ликвации. Задача 3. Методы выявления ликвации серы. Стальной слиток после полного охлаждения имеет 4. Влияние ликвации на механические свойства. макроструктуру, указанную на рисунке.

Задача Сварной шов после сварки плавящимся электродом приобрёл макроструктуру, указанную на рисунке.

Рис. Описать:

Рис. Описать: 1. макроструктуру стального слитка.

1. Описать макроструктуру шва и околошовной зоны. 2. Зональную ликвацию.

2. Указать причину неоднородного строения шва и 3. Дендритную ликвацию.

околошовной зоны.

Задача Задача 9 Стальной слиток после полного охлаждения имеет В стальных деталях после отливки их в земляную макроструктуру, указанную на рисунке.

форму была обнаружена повышенная пористость.

Рис. Описать:

1. Возможные причины образования пористости в литых деталях. Рис. 2. Влияние пористости на свойства отливок. Описать:

20 1. Макроструктуру стального слитка.

2. Зональную и дендритную ликвацию.

3. Указать марку сталей, кристаллизующихся с концентрированной усадочной раковиной, способ раскисления.

Задача Стальной слиток после полного охлаждения имеет макроструктуру, указанную на рисунке.

Рис. 24 Рис. Описать:

1. Как называется изображённый на рисунках дефект, причины возникновения дефекта.

2. Меры, применяемые для предупреждения дефекта.

Задача l Заготовки кулачковых валиков получаются Рис. штамповкой. После механической обработки на валике и Описать:

кулачках были выявлены прямолинейные трещины 1. Макроструктуру стального слитка.

различной протяженности.

2. Зональную и дендритную ликвацию.

3. Указать марку сталей, кристаллизующихся с рассеянной пористостью по всему слитку, способ раскисления.

Задача 13 Рис. В изломе хромоникелевой стали видны своеобразные белые (серебряные) пятна, в поперечном сечении на макрошлифе указанные дефекты выявляются в виде Описать:

извилистых трещин, различной протяжённости. 1. Наименование дефекта и причины его возникновения.

2. В чём заключается опасность дефекта.

3. Методы борьбы и методы выявления дефекта.

22 действием постепенно возрастающей нагрузки складывается Лабораторная работа из трёх последовательно накладывающихся одна на другую стадий (рис.1).

ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ Даже незначительно приложенное напряжение ХАРАКТЕРИСТИКИ вызывает упругую деформацию и, в чистом виде, МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ наблюдается только при напряжениях до точки А. Упругая деформация характеризуется прямо пропорциональной I. Цель работы.

Ознакомление с основными механическими зависимостью от напряжения и упругим изменением свойствами, определяющими конструкционную прочность размеров межатомных расстояний.

металлических материалов;

изучение техники испытания на растяжение, твёрдость и ударный изгиб.

II. Сведения из теории.

Конструкционными называют материалы, предназначенные для изготовления различных деталей и конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам.

Конструктивная прочность-комплекс механических свойств, обеспечивающих надёжную и длительную работу материала в условиях эксплуатации.

1. Деформация. Приложенные к материалу внешние силы вызывают деформацию. Деформация - это изменение формы и размеров тела под действием внешних сил, при изменении температуры, влажности, фазовых превращениях и других воздействий. Различают два основных вида деформации: упругую и пластическую, физическая сущность которых различна. Влияние упругой (обратимой) деформации на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия вызывающих её Рис. 1. Схема процесса деформации металла нагрузок, так как под действием приложенных сил происходит только незначительное смещение атомов. При некоторых значениях напряжений (выше точки А) Поэтому после снятия нагрузки, смещённые атомы под начинается пластическая деформация в отдельных зёрнах действием сил притяжения или отталкивания возвращаются в металла. Дальнейшее увеличение напряжений вызывает исходное равновесие и кристаллы приобретают свою увеличение упругой и пластической (остаточной) первоначальную форму и размеры. Процесс деформации под деформации (участок АВ упругопластических деформаций).

24 При достижении напряжения так называемого предела или Механические свойства определяются по результатам порога упругости (около точки А) деформация становится механических испытаний.

необратимой. При снятии нагрузки устраняется лишь упругая Механические испытания - это определение составляющая деформации. Пластическая часть деформации механических свойств материалов различными способами.

остается. Пластическая (остаточная, необратимая) По характеру изменения во времени действующей нагрузки деформация, остающаяся после снятия нагрузки, связана, с различают испытания: статические (на растяжение, сжатие, перемещением атомов внутри кристаллов на относительно твердость, изгиб, кручение);

динамические или ударные (на большие расстояния и вызывает остаточные изменения ударную вязкость);

усталостные (при многократном формы, структуры и свойств без макроскопических циклическом приложении нагрузки).

нарушений сплошности металла. При статических испытаниях нагрузка прилагается 2. Определение механических свойств. Механические сравнительно медленно и плавно возрастает. При свойства - это характеристики определяющие поведение динамических испытаниях нагрузка прилагается с ударом и с материала под действием приложенных внешних сил. большой скоростью. При усталостных испытаниях нагрузка Механические свойства характеризуются механическими прилагается статической или динамической нагрузкой напряжениями (прочность), деформациями (пластичность), многократно. Каждое из указанных испытаний не определяет работой (ударная вязкость), долговечностью (длительная всех механических свойств материала и его поведение в прочность) и зависят от формы и размеров изделия, готовых деталях, а лишь обнаруживает те его свойства, состояния поверхности, скорости нагружения, структуры, которые характерны для него в данном напряжённом влияния окружающей среды, температуры и многих других состоянии. Тем не менее, механические испытания образцов факторов. К основным механическим свойствам относятся: стандартных размеров и формы в условиях одинакового прочность - т.е. сопротивление материала деформации и напряжённого состояния дают основные исходные данные, разрушению;

упругость - способность материала позволяющие сравнить и оценить свойства различных восстанавливать свою форму и объем после прекращения материалов.

внешних сил или других причин, вызывавших деформацию;

3. Испытание на растяжение. Испытание на растяже пластичность - способность материала под действием ние (ГОСТ 1497-84) широко применяют для внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму, размеры конструкционных сталей, цветных сплавов.

и сохранять остаточные деформации после устранения этих Для испытания используют разрывные и универсальные сил;

твёрдость – сопротивление материала местной испытательные машины. Применяют стандартные образцы, пластической деформации, возникающей при внедрении в как правило, круглого или прямоугольного сечения (рисунок него более твёрдого тела;

ударная вязкость - способность 2). Образцы состоят из рабочей части и головок, форма и материала сопротивляться действию ударных нагрузок;

размеры которых соответствует захватам машин.

истираемость - способность материала изнашиваться под Испытательные машины состоят из механизмов нагружения влиянием сил трения. Совокупность таких механических образца, передачи растягивающей силы, центровки образца, свойств составляет конструктивную прочность. измерения растягивающего усилия. Кроме того, машины для 26 испытания снабжены прибором, записывающим диаграмму растяжения, т.е. график зависимости между силой, приложенной к образцу и его абсолютным удлинением.

Автоматическая запись диаграммы деформирования осуществляется специальным прибором, карандаш которого получает поступательное движение, пропорциональное нагрузке.

Рис. 2. Образец для испытания на растяжение.

Рис. 3. Характерные участки и точки диаграммы растяжения.

4. Диаграмма деформации при растяжении.

Для участка 2-3 характерен рост деформации без Характерные участки и точки диаграммы растяжения T, заметного увеличения нагрузки. Напряжение показаны на рисунке 3. По оси абсцисс откладывают абсолютное удлинение L образца, а по оси ординат - отвечающее нагрузке РT - это предел текучести, т.е.

значения растягивающей силы P. На первом участке напряжение, при котором рост деформации происходит без диаграммы 0-1 поучим прямолинейную зависимость между заметного увеличения нагрузки. Предел текучести силой и удлинением, что отражает закон Гука. При устанавливает границу между упругой и упруго дальнейшем увеличении силы (за точкой 1) прямолинейная пластической зонами деформирования. Даже небольшое зависимость между Р и L нарушается. Точка 1 увеличение напряжения (нагрузки) выше предела текучести соответствует пределу пропорциональности, т.е. вызывает значительные деформации. Для материалов, не наибольшему напряжению, при котором ещё соблюдается имеющих на диаграмме площадки текучести, принимают закон Гука ( пц = Pm / F0 ). Несколько выше точки 1 условный предел текучести - напряжение, при котором остаточная деформация образца достигает определённого находится точка 1’, соответствующая пределу упругости.

значения, установленного техническими условиями. Обычно, Предел упругости задаётся и обозначается 0,05 допуском для величины остаточной деформации при напряжение, при котором остаточное удлинение достигает растяжении принято остаточное удлинение 0,2%. Предел те 0,05% длины образца. кучести 0, 2 (условный) - напряжение, при котором За точкой 1 возникают уже заметные остаточные остаточное удлинение достигает 0,2% длины образца. При деформации. В точке 2 диаграммы материал начинает увеличении напряжений сверх предела текучести при переходить в область пластичности - наступает явление растяжении в результате сильной деформации происходит текучести образца. На диаграмме растяжения получается упрочнение металла и сопротивление деформации горизонтальный участок 2-3 (площадка текучести), увеличивается, поэтому за участком текучести, т.е. за точкой параллельный оси абсцисс.

28 Чем больше и, тем пластичнее материал.

3, наблюдается подъём кривой растяжения. До точки удлинение образца происходит равномерно. Наибольшее На рисунке 4 даны типичные диаграммы растяжения значение нагрузки, предшествовавшее разрушению образца, различных металлов. Диаграмма с постепенным переходом обозначим Рмакс. Точка 4 характеризует максимальное ус- из упругой в пластическую область свойственна ловное напряжение = Pмакс / F0. большинству металлов в пластичном состоянии (легированные стали, медь, бронза).

Временное сопротивление разрушению (предел К хрупким материалам можно отнести закалённую и прочности) в - напряжение, соответствующее наибольшей неотпущенную сталь, серый чугун.

нагрузке Рмакс, предшествующей разрыву образца. В момент, 6. Твёрдость и методы ее измерения. Твёрдость - это соответствующей нагрузке больше Рмакс появляется заметное сопротивление материала местной пластической местное сужение образца (шейка). Участку 4-5 соответствует деформации, возникающей при внедрении в него более быстрое уменьшение сечения шейки, вследствие этого твердого тела.

растягивающая сила уменьшается;

хотя напряжение растёт.

При дальнейшей деформации шейка сужается, и образец разрывается по наименьшему сечению Fк, где напряжения в действительности достигают наибольшего значения. Таким образом, нарастание пластической деформации при растяжении происходит поэтапно: равномерная пластическая деформация до точки 4 и местная пластическая деформация Рис. 4. Диаграммы растяжения.

от точки 4 до точки 5 - момента разрушения. Моменту раз рыва соответствует точка 5, усилие разрыва обозначим Рк.

Применяют различные способы определения твердости.

Отношение разрывающего усилия к действительной площади Твёрдость металлов измеряют при помощи воздействия на сечения в месте разрыва Fк называется истинным поверхность материала наконечника, изготовленного из ма сопротивлением разрыву – Sк.

лодеформирующегося материала. Наибольшее применение 5. Характеристики пластичности. Относительное получило измерение твёрдости вдавливанием. В результате удлинение (после разрыва) - отношение приращения вдавливания с достаточно большой нагрузкой поверхностные расчётной длины образца после разрушения l = lк – l0 к слои металла, находящиеся под наконечником и вблизи него, l l пластически деформируются. После снятия нагрузки на первоначальной длине l0 в процентах: = k 0 •100%.

l0 поверхности образца остаётся отпечаток.

Преимущества измерения твёрдости следующие:

Относительное сужение (после разрыва) - отношение 1. Между твёрдостью пластичных материалов и разности начальной площади и минимальной площади другими механическими свойствами существует поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной количественная зависимость.

F Fk 100%.

площади поперечного сечения образца: = F хрупких материалов, где в характеризует сопротивление 2. Испытание твёрдости обычно не требует изготовления специальных образцов и выполняется материала не пластической деформации, а разрушению, непосредственно на проверяемых деталях. корреляция между пределом прочности и твердости В настоящее время наиболее распространёнными отсутствует.

методами испытания на твёрдость являются: Измерение твёрдости вдавливанием стального шарика 1. Метод статического вдавливания стального не является универсальным способом. Этот способ не закалённого шарика - способ Бринелля;

позволит испытывать материалы твёрдостью более НВ 450 и 2. Метод статического вдавливания алмазного конуса - измерять твёрдость тонкого поверхностного слоя (после способ Роквелла. цементации, азотирования), так как стальной шарик 3. Метод статического вдавливания алмазной пирамиды продавливает этот слой и проникает на большую глубину.

- способ Виккерса. Все эти обстоятельства вызвали необходимость создания Испытуемый образец должен иметь подготовленную других приборов.

(гладкую) поверхность. Толщину испытуемого образца или 8. Способ Роквелла. При определении твёрдости этим изделия выбирают такой, чтобы на обратной стороне не было методом в металл производят вдавливание специального заметных следов деформации. наконечника под действием двух последовательно 7. Способ Бринелля. При измерении твёрдости по прилагаемых нагрузок - предварительной и окончательной. В Бринеллю стальной закалённый шарик диаметром Д качестве вдавливаемого тела используют алмазный конус с вдавливается в испытуемый образец под нагрузкой в течение углом при вершине 120° или стальной закалённый шарик определённого времени. Испытания проводятся на диаметром 1,588 мм. Алмазный конус применяют для стационарных твердомерах - прессах Бринелля. При испытания твёрдых материалов, а шарик - более мягких.

вдавливании шарик образует на поверхности образца Испытания проводят на стационарных твердомерах сферический отпечаток - лунку, диаметр которого измеряется приборах Роквелла. Подготовленный образец устанавливают после удаления нагрузки и снятия образца со столика. на столик зашлифованной поверхностью кверху. Поворотом Диаметр отпечатка измеряют специальным отсчётным маховика с винтовой гайкой по часовой стрелке столик микроскопом МПБ-2, на окуляре которого нанесена шкала с прибора поднимают таким образом, чтобы наконечник мог делениями. Диаметр отпечатка следует измерять с точностью начать вдавливаться в испытуемую поверхность образца;

при до 0,05 мм. Для определения твёрдости пользуются готовыми дальнейшем подъеме столика начинают вращаться стрелки таблицами с подсчитанными значениями твёрдости для на циферблате индикатора. На циферблате индикатора отпечатков различных диаметров. Между числом твёрдости нанесены две шкалы (чёрная, совмещающая С с А, и красная по Бринеллю и пределом прочности в (МПа) существует - В) и имеются две стрелки: большая (указатель твёрдости), количественная зависимость в виде в = (3,3-4,0) НВ, где 3,6 вращающаяся по шкале, и маленькая для контроля величины предварительного нагружения. Подъем столика, следует принимать для углеродистых сталей в вызывающий все большее вдавливание наконечника в нормализованном состоянии, для низколегированных образец, продолжают до тех пор, пока малая стрелка не конструкционных сталей в улучшенном состоянии - 3,3. Для 32 примет положения, указываемого на циферблате красной Постепенно нагружающий механизм возвращается в точкой. Это значит, что наконечник вдавился в образец под исходное положение.

действием предварительной нагрузки. Предварительное Окончательное снятие нагрузки определяется по нагружение производят для того, чтобы исключить влияние звуковому сигналу. Затем столик прибора опускают и подво упругой деформации и различной степени шероховатости дят микроскоп, установленный на штанге, и замеряют длину измеряемой поверхности на результаты измерений. Для диагонали отпечатка оптическим микрометром.

точности измерения необходимо, чтобы большая стрелка указывала на цифру 0 чёрной шкалы циферблата. Затем Таблица 1. Выбор наконечника и нагрузки.

освобождают рукоятку, перемещение которой сообщает Приме Обоз Цвет Вид Обща Обозн Област испытуемому образцу через рычаг основную нагрузку. рная наче шкал након я ачени ь Цифра, которую указывает на шкале циферблата большая твердо ния ы ечник на - е приме стрелка, представляет собой число твёрдости по Роквеллу. сть по шкал а грузка тверд нения Наконечник и нагрузки выбирают по таблице 1. Бринел ы, ости Число твердости по Роквеллу можно приближённо лю НВ Рокв КГС пересчитать в число твёрдости по Бринеллю: HВ == 10НRС. елла Для перевода числа твёрдости по Роквеллу с одной шкалы на Свыше А черны алмаз 60 HRA Сверхт другую пользуются справочной таблицей. Преимуществом 700 й ный вердые способа Роквелла является быстрота испытаний, причём конус сплавы результат измерения читается непосредственно на шкале, прибора. Кроме того, прибор оставляет на поверхности цемент детали столь малый отпечаток, что при необходимости его ирован можно легко снять. ные 9. Способ Виккерса. Определение твёрдости этим издели методом осуществляется вдавливанием в испытуемую я поверхность (шлифованную или полированную) алмазной 239- С черны алмаз 150 HRC Тверд пирамиды. Мерой твёрдости при этом служит диагональ 700 й ный ые и отпечатка. Измерение твёрдости по Виккерсу производят конус термич следующим образом. ески Выбор наконечника и нагрузки при измерении обрабо твердости. Подготовленный образец устанавливают на танные столик. Поворотом маховика столик прибора поднимают сплавы почти до соприкосновения образца с алмазной пирамидой. 69-230 В красн сталь- 100 HRB Мягки Затем приводят в действие нагружающий механизм. ый ной е шарик сплавы 34 На окуляре имеются две шторки: подвижная и при малых ударных нагрузках. Из динамических испытаний в неподвижная, с которой совмещается левый угол отпечатка. практике наиболее распространённым является испытание на Подвижную шторку винтом перемещают до ударный изгиб, которое выявляет склонность металла к соприкосновения с правым углом отпечатка. Перемещение хрупкому разрушению. Испытывают на специальном подвижной шторки вызывает вращение цифровой ленты приборе - маятниковым копре. Метод (ГОСТ 9454-78) указателя. Цифра, которая соответствует положению основан на разрушении образца с концентратором (надрезом) подвижной шторки, когда она соприкасается с углом посередине одним ударом маятникового копра (рис. 5).

отпечатка, и будет величиной длины отпечатка. Свободно падающий маятник копра, ударяя образец по Твёрдость по Виккерсу определяется по заранее стороне, противоположной надрезу, совершает работу, в составленным таблицам по измерению величины диагонали результате которой происходит излом (изгиб) образца. В отпечатка. Числа твёрдости по Виккерсу и по Бринеллю результате испытания определяют полную работу, имеют одинаковую размерность и до 450 НВ практически затраченную при ударе. Ударная вязкость - это работа удара, совпадают, но при более высоких значениях твёрдости отнесённая к начальной площади поперечного сечения предпочтительно пользоваться методами Виккерса и образца в месте концентратора. Ударная вязкость Роквелла, поскольку алмазная пирамида или алмазный конус обозначается символом КС. Третья буква (U,V,Т) - вид концентратора. Ударную вязкость КС (МДж/м2) вычисляют в отличие от стального шарика при измерениях не деформируется. Метод Виккерса дает высокую точность при по формуле:

измерениях твёрдости тонких слоев, поскольку диагонали КС = К/S0. где К - работа удара, S0 - начальная площадь отпечатка в 7 раз больше его глубины, поэтому даже при поперечного сечения образца в месте концентратора. Выбор небольшой глубине проникновения пирамиды отпечаток вида концентратора осуществляется в зависимости от получается достаточно чётким. требований к изделию (ГОСТ9454-78): U - при обычных 10. Определение ударной вязкости. Механические испытаниях сплавов;

V - для конструкции повышенной свойства гладких образцов, определённые медленным степени надежности (летательные аппараты, транспортные повышением нагрузки, часто не соответствует средства, трубопроводы, сосуды давления);

Т - образный с действительным условиям нагружения деталей при их усталостной трещиной (для особо ответственные эксплуатации, когда нагрузка возрастает очень быстро. Это конструкций). Типы этих образцов представлены на рисунке привело к необходимости исследовать свойства металла при 5. Соответственно этому ударная вязкость обозначается КСU, быстровозрастающих нагрузках, так называемых КСV, КСТ.

динамических нагрузках. Если детали машин, механизмов в Определение ударной вязкости необходимо при процессе эксплуатации испытывают ударные нагрузки, то подборе материала для изготовления и последующем металл, идущий на изготовление таких деталей, кроме стати- контроле: механизмов, работающих при ударных нагрузках ческих испытаний подвергают ещё испытанию динамической (штампы, гильотинные и механические ножницы);

деталей, нагрузкой, так как некоторые материалы с достаточно имеющих сложную конфигурацию (надрезы, выточки, высокими показателями статической прочности разрушаются сложно-профильные отверстия, резкие переходы);

36 металлоконструкций, эксплуатирующихся в условиях низких 3. Каждый студент измеряет твёрдость образцов из температур;

конструкций с повышенной степенью надёж- выданного комплекта, состоящего из различных материалов.

ности (летательных аппаратов, транспортных средств, Результаты заносятся в таблицу 2.

нефтетрубопроводов, сосудов, работающих под давлением);

Таблица 2.

Материал Твердость по Твердость по HB/HRC Бринеллю НВ Роквеллу НRC 4. Студенты знакомятся с техникой испытания образцов на ударный изгиб.

5. Определяют твёрдость и ударную вязкость образцов из различных материалов. Результаты заносятся в таблицу 3.

Таблица 3.

в=3,4 НВ, МПа Материал KCU, НВ МДж/м Рис. 5. Образцы для испытания на удар.

ответственных конструкций, при эксплуатации которых оценка сопротивления развитию трещины имеет IV. Содержание отчета первостепенное значение.

1. Цель работы.

Получив в результате механических испытаний 2. Краткие сведения из теории.

численные значения характеристик механических свойств, 3. Рисунки 1,3,5.

можно дать техническую оценку прочности металла.

4. Краткое описание методик определения основных Конструкционно-прочным можно считать только такой механических характеристик.

материал, который в условиях эксплуатации обладает 5. Таблицы 2, 3 с полученными экспериментальными оптимальным сочетанием прочности, пластичности, данными.

вязкости.

V. Контрольные вопросы Ш. Задание 1. Что понимается под конструкционной прочностью мате 1. Студенты знакомятся с теорией определения риала?

основных механических свойств.

2. Чем отличается упругая деформация от пластической?

2. Студенты знакомятся с техникой определения 3. Как подразделяют механические свойства, определяемые твёрдости на приборах Бринелля, Роквелла, Виккерса.

38 21. Какая из характеристик или более правильно харак различными способами нагружения материалов?

4. Почему испытания на растяжение по сравнению с други- теризует пластичность?

ми видами испытаний применяют наиболее широко? 22. Как создается упругая деформация?

5. Какие прочностные характеристики определяются стати- 23. В какое время года наблюдается большинство аварий ме ческими способами нагружения? ханизмов, работающих в полевых условиях?

6. Какие механические свойства материала выявляются при 24. Какие важнейшие показатели определяют конструктив испытаниях на растяжение? ную прочность материала в деталях машин?

7. Что позволяет определить конструктору, выбирающему 25. Какие детали (крупного или малого сечения) обладают материал, показатели пластичности? большей конструктивной прочностью?

8. Два материала имеют равные пределы прочности, но раз- 26. Твердость серого чугуна НВ 210. Каков предел прочно личные значения относительного удлинения. Какому из сти?

них следует отдать предпочтение и почему? 27. В чем принципиальное отличие измерения твердости по 9. Какая зависимость правильно характеризует значение, способу Роквелла от измерения по способу Бринелля?

если исходная длина образца l0, после разрыва lk? 28. На каком приборе следует измерять твердость латуни?

10. Какова размерность величины B и ? 29. На, каком приборе следует измерять твердость дуралюмина?

11. Что характеризует твердость металла, определяемая ме 30. Каким способом, по Бринеллю или по Роквеллу, надо тодами вдавливания в испытуемое тело твердого измерять твердость мягких сталей?

индектора?

31. На каком приборе следует измерять твердость азотиро 12. Какие существуют способы измерения твердости?

13. Твердость малоуглеродистой стали HВ 180 кгс/мм2. Чему ванного слоя?

32. Каким способом следует измерять твердость образца из приблизительно равно значение предела прочности этой закаленной углеродистой стали с содержанием углерода стали?

0,75%?

14. Какие характеристики определяют при динамических 33. На каком приборе следует измерять твердость серого чу испытаниях материалов?

гуна?

15. Что такое ударная вязкость?

34. На каком приборе следует измерять твердость отожжен 16. Какие образцы применяют для испытания на удар?

ной углеродистой стали с содержанием углерода 0,4%?

17. Каков вид поверхности излома, если материал разруша 35. На каком приборе следует измерять твердость закаленной ется: а - хрупко, б - вязко?

стали с содержанием углерода 0,6%?

18. Какие напряжения вызывают хрупкое разрушение мате риала? (нормальные или касательные) 19. В каких условиях нагружения могут работать хрупкие материалы типа серого чугуна?

20. Приведите определение физического смысла предела те кучести?

40 выполнены из нескольких сплавов, каждый из которых Лабораторная работа 3.

обладает особыми свойствами.

Так, например, для технически чистого железа в= ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ МПа, а для стали в зависимости от марки может быть более 2000 МПа.

Алюминий имеет в = 60 МПа, а дюралюминий марки I. Цель работы.

Д16 - 540 МПа. Медь имеет в = 150 МПа, а латунь - Приобрести навыки в изучении сплавов с помощью МПа, бронза - до 650 МПа. Очень важно, что сплавы можно диаграмм состояния.

получать с теми свойствами, которые требуются в данном Научиться описанию процессов происходящих в конкретном случае.

сплавах на отдельных участках диаграммы.

Сплавы можно получать сплавлением двух и более элементов, а также методом порошковой металлургии, II. Сведения из теории.

диффузией и другими методами.

1. Строение металлических сплавов.

К основным понятиям в теории сплавов относятся:

В наше время невозможно представить себе жизнь без система, компонент, фаза.

металла. Везде с помощью металла человек создал условия Система - группа тел, выделенных для наблюдения и для учебы, работы и отдыха. В таблице Д.И. Менделеева изучения. Металл и металлические сплавы являются металлы занимают ведущее место. Если М.В. Ломоносов системами. Чистый металл - простая система. Сплавы состоят насчитывал только шесть металлов, то в настоящее время на из двух и более компонентов и являются сложными долю металлов приходится около 80% всех элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Металлы делят на системами.

черные и цветные. К черным относят только один металл - Компоненты - вещества, образующие систему, взятые в железо. К цветным металлам относят: золото, серебро, медь, наименьшем числе. Компонентами могут быть металлы, свинец, никель, вольфрам, титан, ванадий, кобальт, неметаллы и химические соединения.

алюминий, молибден, тантал и др. Цветные металлы Фаза - это однородная часть системы, отделенная от подразделяют на легкие (алюминий, магний и др.), тяжелые другой части системы (фазы) поверхностью раздела, при (медь, свинец и др.) и благородные (золото, платина, переходе через которую химический состав и структура изменяются скачком. Например, при кристаллизации чистого серебро).

металла в системе две фазы: жидкая (расплавленный металл) Но в технике и производстве применение чистых и твердая (зерна затвердевшего металла).

металлов редко. Они дороги, недостаточно прочны. Поэтому Таким образом, строение металлического сплава более практическое применение находят в основном сплавы. Так, сложное, чем чистого металла, и зависит в основном от того, например, при входе в дом вы обратили внимание на в какие взаимодействия вступают компоненты, красивую блестящую ручку из металла. Что это за металл?

составляющие этот сплав. Если в твердом состоянии Это бронза - сплав меди, алюминия, олова. Золотое кольцо на компоненты химически не взаимодействуют, то строение руке - это сплав золота, меди, никеля и серебра. Часы 42 сплава является механической смесью отдельных частиц, механических смесей, которые имеют более высокую зерен обоих компонентов. Механическая смесь двух (или твердость и меньшую пластичность.


более) видов кристаллов, одновременно Если компоненты сплава вступают в химическое кристаллизовавшихся из жидкости, называется эвтектикой, взаимодействие, то образуются химические соединения.

а механическая смесь образованная из твердой фазы Химические соединения имеют высокую твердость и низкую эвтектоидом. Структура сплава, состоящая из механической пластичность. Характерное отличие химического соединения смеси, под микроскопом представляет зерна, отдельно металлов от твердых растворов заключается в том, что состоящие из компонентов, образующих смесь (рис.1а). твердый раствор имеет кристаллическую решетку растворителя, а химическое соединение - свою кристаллическую решетку, отличную от решеток компонентов.

2. Диаграммы состояния сплавов При исследовании строения сплавов, при выборе режимов термической обработки, режимов обработки давлением в горячем состоянии, температуры разливки жидких сплавов в формы и т.д. широко используют диаграммы состояния сплавов.

а б Диаграмма состояния представляет графическое Рис 1. Вид механической смеси (а) и твердого раствора (б) изображение строения сплавов в зависимости от под микроскопом.

температуры и химического состава. Диаграммы состояния могут быть построены для сплавов, состоящих из двух, трех Рентгенограмма сплава покажет наличие двух решеток и более компонентов. На рисунке 2 изображена диаграмма компонентов К1 и К2.

состояния сплавов двух металлов при отсутствии взаимной Если составляющие сплав компоненты способны к растворимости. По оси ординат откладывается температура.

взаимному растворению, то образуются твердые растворы. У Ось ординат соответствует чистому металлу (А или В). По таких сплавов атомы растворимого элемента размещены в оси абсцисс откладывается концентрация. Общее содержание кристаллической решетке растворителя. На микрошлифе обоих компонентов в сплаве 100% и каждая точка на оси твердого раствора кристаллы под микроскопом выгладят абсцисс соответствует определенному содержанию каждого совершенно одинаково (рис. 16). В кристаллах твердого компонента. Например, точка "а" соответствует 20% раствора существует только один тип кристаллической компонента В и 80% компонента А. Каждая вертикаль (ав и решетки. Растворителем является тот элемент, dc), проведенная через точку на горизонтальной оси, кристаллическую решетку которого имеет твердый раствор.

соответствует изменению температуры определенного Сплавы твердых растворов, как правило, имеют сплава. Каждая точка на диаграмме состояния определяет пониженную твердость и высокую пластичность в отличие от 44 состояние сплава заданного химического состава при данной Между ликвидусом и солидусом сплав состоит из температуре. Линия KCN называется линией ликвидус. жидкой фазы и твердого раствора (). Ниже линии солидус Сплав выше этой линии находится в жидком состоянии, а твердый раствор.

сама линия соответствует началу кристаллизации.

3. Правило отрезков В процессе кристаллизации изменяются и концентрация фаз (например, из жидкости выделяются кристаллы одного из компонентов, и состав жидкости изменяется), и количество каждой фазы (количество твердой фазы увеличивается, а жидкой уменьшается). В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию. Для этого служит так называемое правило отрезков.

Рис 2. Диаграмма состояния сплава двух металлов В точке а, показывающей состояние сплава К (рис. 3) при отсутствии взаимной растворимости при температуре t1 сплав состоит из кристаллов твердого раствора и жидкости. Выше точки t сплав находится в Линия DСЕ, соответствующая концу кристаллизации, однофазном состоянии, и концентрация компонентов в этой называется линией солидус. В области, ограниченной фазе (т.е. жидкости) определяется проекцией точки t. При линиями КС, CD, DK сплав находится в двухфазном охлаждении из сплава выделяются кристаллы и состав состоянии - жидкая фаза и кристаллы А. В области, жидкости изменяется в сторону увеличения в ней компонента ограниченной линиями CN, NE и ЕС - из жидкой фазы и А. При температуре t1, концентрация компонентов А и В в кристаллов В. И в точке С жидкая фаза кристаллизуется в жидкости определяется проекцией точки в. Следовательно, твердую механическую смесь, эвтектику, состоящую из при охлаждении сплава К концентрация жидкости меняется кристаллов А и В. Эвтектика всегда имеет определенный по кривой te. При температуре te концентрация твердого химический состав. Температура плавления ее ниже раствора определяется проекцией точки d. Следовательно, температуры плавления компонентов (А и В). Ниже линии при охлаждении сплава К концентрация твердого раствора солидус сплав находится в твердом состоянии и состоит из меняется по кривой cd.

(А+Э) левее СМ и из (В+Э) правее СМ.

Первое положение правила отрезков формулируется Рассмотренная диаграмма одна из множества диаграмм следующим образом: чтобы определить концентрации состояния сплавов, которые встречаются на практике.

компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую Приведем еще несколько простых диаграмм, наличие состояние сплава, проводят горизонтальную линию до которых мы можем встретить в более сложных диаграммах пересечения с линиями, ограничивающими данную область:

состояния. На рисунке 3 показана диаграмма состояния при проекции точек пересечения на ось концентрации неограниченной растворимости в жидком и твердом показывают состав фаз.

состояниях. DNC - линия ликвидус, DMC - линия солидус.

46 Рис 4. Диаграмма состояния двух металлов полностью взаиморастворимых в жидком состоянии и частично в твердом.

Рис 3. Диаграмма состояния при неограниченной растворимости компонентов в жидком и твердом состояниях.

На рисунке 4 показана диаграмма состояния сплава с перитектическим превращением компонентов А и В. В точке Для определения количества каждой фазы (второе К жидкость реагирует с уже образовавшимися кристаллами положение правила отрезков), через заданную точку твердого раствора образуя новые кристаллы твердого проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между раствора.

заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

Таким образом, если точка а определяет состояние сплава, точка в - состав жидкой фазы, а точка d состав твердой фазы, то отрезок вd определяет все количество сплава. Тогда отрезок ad определяет количество жидкой фазы, а отрезок ва - количество твердой фазы.

На рисунке 4 изображена диаграмма состояния двух металлов, полностью взаиморастворимых в жидком состоянии и частично в твердом.

Как видно из диаграммы, она уже имеет элементы двух предыдущих диаграмм: образование твердых растворов и образование эвтектики. Рис 5. Диаграмма состояния с перитектическим превращением.

48 На рисунке 6 изображена диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение.

Рис 6. Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение Химическое соединение обладает определенным составом. По своим свойствам оно резко отличается от свойств компонентов, образовавших его. Диаграмма состояния сплавов в случае образования одного химического Рис 7. Диаграммы состояния сплавов соединения распадается на две, в каждой из которых с полиморфным превращением химическое соединение играет роль самостоятельного компонента. Твердые растворы имеют более высокие значения На рисунке 7 показаны примеры диаграмм состояния временного сопротивления разрыву и твердости, чем сплавов с полиморфным превращением. исходные компоненты (рис. 8,б), в то же время они сохраняют достаточно высокую пластичность.

4. Диаграмма состояния, строение и свойства Твердые растворы из-за сочетания повышенной сплавов прочности и хорошей пластичности выгодно использовать Как показал Н.С. Курнаков, между составом и как основу для конструкционных сплавов. Образование структурой сплава, определяемой диаграммой состояния и твердых растворов сопровождается значительным свойствами сплава, существует определенная зависимость увеличением электросопротивления. Поэтому твердые (рис. 8). растворы применяют для изготовления проволоки (ленты), При образовании механическим смесей (рис. 8,а) используемой в электронагревательных элементах и свойства сплава находятся в интервале между свойствами реостатах.

чистых компонентов.

50 металла с углеродом (карбиды) и азотом (нитриды), имеют очень высокую твердость, но хрупки.

А.А. Бочвар показал, что существует определенная связь между типом диаграммы состояния и литейными свойствами.

Сплавы - твердые растворы - имеют низкие литейные свойства (плохая жидкотекучесть, склонность к образованию рассеянной пористости и трещинам). Для получения высоких литейных свойств концентрация компонентов в литейных сплавах должна превышать их максимальную растворимость в твердом состоянии и приближаться к эвтектическому составу. Эвтектические сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, и усадка в них проявляется в виде сконцентрированной раковины.

Сплавы, состоящие из твердых растворов, пластичны, хорошо прокатываются, куются, прессуются и т.д.

Пластичность сильно снижается при появлении в структуре а б в г эвтектики.

Рис 8. Связь между диаграммой состояния (структурой) На диаграмме двойных сплавов, указанной и свойствами сплавов. преподавателем, необходимо определить количество фаз, число степеней свободы в любой точке, Нарисовать кривую В сплавах с ограниченной растворимостью свойства охлаждения (нагрева) для определенного сплава при концентрациях, отвечающих однофазному твердому раствору, изменяются по криволинейной зависимости (рис 8,в). В области механической смеси свойства изменяются по прямой, т.е. представляют собой среднее из свойств фаз, образующих смесь. Так, если одна фаза мягкая и пластичная, а другая твердая и хрупкая, то сплав тем тверже и хрупче, чем больше в нем второй фазы.


При концентрации, соответствующей химическому соединению, наблюдается характерный перелом кривой свойств (рис. 8,г).

Это объясняется тем, что свойства химических соединений отличаются от свойств образующих их компонентов. Химические соединения, особенно соединения 52 Лабораторная работа ДИАГРАММА Fe - С И СТРУКТУРА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ I. Цель работы Ознакомить с теорией процессов, происходящих в железоуглеродистых сплавах (сталях и белых чугунах) при охлаждении и нагреве;

научить определять по диаграмме состояния Fe - С фазовые и структурные состояния сталей и чугунов.

П. Сведения из теории Реальные стали и чугуны имеют в своем составе кроме Рис. 1. Диаграмма состояния железо – углерод (Fe – С) железа и углерода и другие элементы - примеси, которые или железо - цементит (Fe – Fe3C).

практически мало влияют на диаграмму состояния, поэтому для понимания процессов происходящих при нагреве и Предел временного сопротивления охлаждении сталей и чугунов, используется двойная при растяжении, в, МПа 250- диаграмма состояния Fe - С (железо - углерод). Полностью (до 100% углерода) диаграмма Fe - С не имеет практического Предел текучести, т, МПа 120- применения, поэтому используется только часть диаграммы Относительное удлинение,, % 40- до химического соединения Fe3C (цементит). В ряде случаев эта часть диаграммы железо - углерод (Fe - С) носит название Относительное сужение,, % 80- железо - цементит (Fe - Fe3C), отсюда и двойная шкала Твердость, HB 75- концентраций - по углероду и по цементиту (рис. 1).

1. Компоненты Чем чище железо, тем меньше прочностные показатели Основными компонентами являются железо Fe и и выше показатели пластичности.

углерод С и оба являются полиморфными. Железо плавится при температуре 1539° С и имеет две Железо – серебристо - светлый, мягкий металл с модификации: Fea и Fer. Fea существует при температурах до плотностью = 7,86 г/см3. Технически чистое железо (0,1 - 911°С и в интервале от 1392 до 1539 °С, имеет ОЦК решетку 0,2% примесей) имеет следующие механические свойства: с периодом 0,286 нм (при температуре 20-25°С).

54 Важной особенностью Fea является его ферромагнетизм феррите. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (НВ ниже температуры 768° С, называемой точкой Кюри. 160...200). Аустенит парамагнитен.

Модификация Fey существует в интервале температур Цементит - химическое соединение железа с от 911 до 1392° С, имеет ГЦК решетку, период которой при углеродом. Стехиометрическая формула цементита - Fe3C 911 °С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, чем (карбид железа), и он содержит 6,67% С. Цементит имеет ОЦК решетка, и поэтому при переходе Fea в Fe объем железа сложную ромбическую кристаллическую решётку, уменьшается приблизительно на 1%. Fe парамагнитно. расплавляется при температуре 1600 °С, обладает высокой Углерод - неметаллический элемент с у = 2,5 г/см3, tпл = твердостью (НВ 800) и большой хрупкостью. По условиям 3500 °С. В свободном состоянии встречается в виде алмаза и образования различают: первичный Ц1 (образуется при графита. кристаллизации из жидкости в виде больших светлых В сплавах с железом встречается либо в виде графита кристаллов), вторичный ЦII (выделяется из аустенита в виде (серый, ковкий и высокопрочный чугуны), либо в виде сетки по границам зерен), третичный ЦIII (выделяется из химического соединения с железом Fe3C - цементита (стали и графита в виде мелких зерен).

белые чугуны). 3. Механические смеси Ледебурит - эвтектическая механическая смесь: в области температур от 1147° С до 727° С состоит из 2. Фазы Основными фазами в системе Fe - С являются: жидкий аустенита и цементита (А+Ц), а ниже 727° С состоит из перлита и цементита (П+Ц). Содержит 4,3% С.

раствор углерода в железе;

твердый раствор углерода в Fe Перлит – эвтектоидная механическая смесь феррита и феррит, в Fe - аустенит;

химическое соединение железа с цементита (Ф+Ц). Существует ниже 727° С и содержит 0,8% углеродом Fe3C - цементит.

С.

Практический интерес представляют только твердые фазы.

4. Железоуглеродистые сплавы Феррит - твердый раствор внедрения углерода в Fea. В В зависимости от содержания углерода практические низкотемпературной модификации Fea максимальная железоуглеродистые сплавы подразделяются на стали и растворимость углерода равна 0,02% при температуре 727 °С чугуны.

(т.Р), в высокотемпературной модификации Fea - 0,1% при Сталями называются сплавы железа с углеродом, температуре 1499 °С (т.Н). При комнатной температуре в содержание которого не превышает 2,14%.

феррите содержится 0,01% С. Механические свойства Чугунами называют сплавы железа с углеродом феррита близки к свойствам технического железа. Твердость содержание, которого более 2,14%. Так как настоящая - НВ 80.

диаграмма описывает углерод в виде цементита, то Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в F,.

рассматриваемые чугуны носят названия белые (в изломе Максимальная растворимость равна 2,14% при температуре светлые из-за цементита).

1147 °С (т.Е), что практически на два порядка выше, чем в 56 остается избыточный феррит, а между т. J и В - избыточная 5. Превращение в диаграмме Fe - FeC В диаграмме (рис. 1) отмечено три линии, параллельные жидкость, которая по мере охлаждения также превращается в оси концентрации HJB, ECF и PSK и характеризующие аустенит, но иной концентрации, чем перитектический.

различные превращения. По мере охлаждения концентрация аустенита за счет диффузии атомов углерода уравнивается.

В сплавах с содержанием углерода менее 0,1% и более 0,5% перитектическое превращение не идет.

Линия ECF характеризует эвтектическое превращение (рис. 3), суть которого в том, что из жидкости концентрации т. С (4,3% С) кристаллизуется механическая смесь двух фаз аустенита концентрации т. Е (2,14% С) и цементита Жс АЕ+Ц Эвтектическая механическая смесь носит название ледебурит и имеет концентрацию т. С (4,3% С). Как и все превращения - эвтектическое идет при остановке температуры (т.1-1) и заканчивается при кристаллизации всей жидкости.

Рис 2. Область перитектического превращения к диаграмме Fe - Fe3C Итак, эвтектический чугун имеет при температуре ниже 1147° С структуру ледебурита, состоящего из А + Ц. В Линия HJB характеризует перитектическое доэвтектическом чугуне в т. 2 (рис. 3. сплав 2) из жидкости превращение (рис. 2), суть которого в том, что из жидкости вначале кристаллизуются зерна аустенита. По мере концентрации т. В (0,5% С) и высокотемпературного феррита охлаждения количество аустенита растет, а жидкость концентрации т. Н (0,1% С) образуется одна фаза - аустенит обогащается углеродом (концентрация изменяется по линии концентрации т. J (0,16% С) ВС) и при температуре 1147 °С имеет концентрацию т. С Жв = Фн AJ (4,3% С), т.е. эвтектическую.

Рассмотрим кривую охлаждения сплава 1 с В т. 3-3' идет эвтектическое превращение до полной содержанием углерода 0,16% (точно соответствующего кристаллизации жидкости в ледебурит. Следовательно, перитектической реакции). В т. 1 в жидкости начинается доэвтектический чугун наряду с ледебуритом имеет в кристаллизация твердой фазы - феррита, которого по мере структуре зёрна первоначально образованного аустенита. По охлаждения становится всё больше и к т. 2 он приобретает аналогии, в заэвтектическом чугуне (рис.3, сплав 3) концентрацию т. Н. Оставшаяся жидкость в этот момент первоначально из жидкости выделяется цементит, обедняя имеет концентрацию т. В. При взаимодействии Фн и Жв жидкость, которая при температуре 1147° С также имеет происходит перитектическое превращение с образованием AJ. эвтектическую концентрацию. Заэвтектический чугун наряду В интервале концентраций между т. Н и J после превращения с эвтектикой - ледебуритом имеет пластины первоначально 58 выделившегося из жидкости цементита, отмечаемого как первичный (Л +Ц).

Рис 4. Микроструктура чугуна: а - эвтектического, х Рис 3. Область эвтектического превращения в диаграмме Fe-Fe3C.

(ледебурит);

б - заэвтектического, х100 (ледебурит + первичный цементит);

в - доэвтектический, х450 (ледебурит + перлит) В последующем, при охлаждении чугуна, входящий в его структуру аустенит на линии PSK претерпевает эвтектическое превращение с образованием перлита. Чугун ниже 727° С имеет следующую структуру (рис.4):

эвтектический - ледебурит (П + Ц);

доэвтектический П+Л (П+Ц);

заэвтектический - Ц + Л (П + Ц).

Линия PSK характеризует эвтектоидное превращение (рис. 5), суть которого в том, что из аустенита концентрации т. S (0,8% С) образуется механическая смесь двух фаз феррита концентрации т. Р (0,02% С) и цементита А5 ФР + Ц Механическая эвтектоидная смесь носит название «перлит» и имеет содержание углерода 0,8%. Как правило, в равновесном состоянии в сталях перлит имеет пластинчатое Рис 5. Область эвтектоидного превращения в диаграмме Fe - FезС строение (чередующиеся пластины феррита и цементита) (рис.6). Эвтектоидное превращение идет с остановкой Эвтектоидные содержат 0,8% С, и структура их состоит температуры до исчезновения аустенита (рис. 5, сплав 1, т, 1 из зерен перлита (рис. 6, д).

1'). Наиболее характерно образование эвтектоидной смеси В доэвтектоидной стали (рис. 5, сплав 2) из аустенита перлита для сталей. Стали даже получили деление на первоначально выделяется феррит (т. 2), обогащая аустенит, эвтектоидные, доэвтектоидные и заэвтектоидные.

концентрация которого по мере охлаждения приближается к 60 концентрации точки S. При достижении линии PSK в диаграммы Fe - Fe3C видно (рис. 7), что эвтектоидного оставшемся аустените происходят эвтектоидные превращения для такого рода сплавов не происходит. Из превращения с образованием перлита. Таким образом, аустенита при охлаждении начинает выделяться феррит доэвтектоидная сталь состоит из Ф + П, причем, чем больше (сплав I, т.1-2;

сплав II, т.3-4). Разница феррита и сплавов углерода, тем большее количество перлита наблюдается в только в количестве растворенного углерода. Если углерода структуре (рис. 6, а, б, в, г). По количеству перлита в менее 0,01%, то структура феррита остаётся неизменной структуре стали в равновесном состоянии (практически после вплоть до комнатной температуры (рис. 8, а). Если же отжига) можно приблизительно определить количество углерода более 0,01% и до 0,02%, то при пересечении при углерода, исходя из того, что в перлите - 0,8% С, а в феррите охлаждении линии PQ растворимость углерода в феррите его практически нет. Для этого используем пропорцию, падает (рис. 7, сплав II) и углерод выделяется по границам предварительно определив примерное содержание перлита в зёрен феррита в виде включений ЦIII (цементита третичного) структуре стали - А% П. (рис. 8, б).

100%-0,8% С;

A% П '0,8%C А% П - Х% С, и отсюда X%С = 100% П В заэвтектической стали (рис. 5, сплав 3) из аустенита первоначально выделяется цементит, называемый вторичным – ЦII, обедняя аустенит по углероду, концентрация которого по мере охлаждения аустенита приближается к концентрации т. S. Далее, аустенит превращается в эвтектоидную смесь перлит по известной схеме. В результате структура заэвтектоидной стали представляет собой перлит и цементит вторичный (П + ЦII). Отличительной особенностью является то, что ЦII выделяется в виде сетки по границам зерна аустенита на месте которого может возникнуть в последующем несколько зёрен перлита. Отсюда и структура заэвтектоидной стали при температуре менее 727° С: зёрна перлита и сетка ЦII, окаймляющего одно или несколько зёрен перлита пластинчатого (рис.6, е).

Рис 6. Микроструктура сталей в равновесном состоянии 6. Технически чистое железо в зависимости от содержания углерода х450: а - 0,22%;

б - 0,3%;

Как ранее было отмечено, в технически чистом железе в - 0,4%;

г -0,55%;

д-0,8%;

е- 1,3%.

(армко- железо) находится не более 0,02% С, что и определяет специфику формирования его структуры. Из 62 эвтектоидной и заэвтектоидной стали. Описать, как формируется структура сталей при охлаждении из жидкого состояния до комнатной температуры.

2. С помощью микроскопа изучить микроструктуру доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоидных сталей в равновесном состоянии. Зарисовать наблюдаемые в микроскоп структуры, определить количество присутствующих фаз и структурных составляющих в процентах, сравнить микроструктуры углеродистой и легированной хромом сталей с одинаковым содержанием углерода и дать описание.

Рис. 7. Ферритная область диаграммы Fe – Fe3C.

3. Освоить метод приближенного определения углерода в стали по микроструктуре.

Решить одну из рекомендуемых преподавателем задач.

IV. Контрольные вопросы 1. Зарисовать и описать микроструктуру отожженной стали марки 50 (0,5%С). Определить количественное соотношение и состав фаз при температуре 730 °С.

2. Зарисовать и описать микроструктуру отожженной стали.

3. Зарисовать и описать микроструктуру стали марки У (1,2%С). Определить количественное соотношение и состав фаз при нормальной температуре.

Рис 8. Микроструктура технически чистого железа х300:

4. Структура стали состоит из 30% перлита, остальное а - 0,01% С%;

б- от 0,01 до 0,02% С.

феррит. Зарисовать микроструктуру стали. Определить Процесс выделения ЦIII из феррита характерен для всех содержание углерода в ней.

железоуглеродистых сплавов, имеющих в структуре феррит, 5. Зарисовать и описать микроструктуру технического просто его уловить в других структурах практически железа с содержанием 0,01% С. Определить невозможно вследствие его объединения с другими видами количественное соотношение и состав фаз при цементита.

нормальной температуре.

6. Зарисовать и описать микроструктуру стали с III. Задание содержанием углерода 0,02%. Определить количественное соотношение и состав фаз при 1. Зарисовать диаграмму состояния железо-цементит.

температуре 727 °С.

Построить кривые охлаждения для доэвтектоидной, 64 7. Структура стали состоит из 70% перлита, остальное - 4. В структуре каких сталей присутствует третичный феррит. Зарисовать микроструктуру стали, определить цементит, какова его роль в формировании свойств стали?

содержание углерода в ней. 5. В структуре каких сталей присутствует вторичный 8. Структура стали состоит из одного перлита. Зарисовать цементит?

микроструктуру стали. Определить количество 6. При каких условиях вторичный цементит в цементита. заэвтектоидных сталях образует сплошную прослойку 9. Сталь марки У10 (1,0%С) медленно охлаждалась с (сетку) по границам зерен перлита, и как это отражается температуры на 50° С выше линии SE диаграммы Fe- на свойствах стали?

Fe3C. Зарисовать и описать микроструктуру стали. 7. При каком содержании углерода в структуре Определить количество цементита в стали при комнатной углеродистой стали появляется перлит?

температуре. 8. Какие структурные составляющие содержатся в структуре 10. Зарисовать и описать микроструктуру стали марки 70 железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода до (0,7% С). Определить количество перлита, феррита и 0,02%?

цементита в стали. 9. Как изменяется структура доэвтектоидных сталей с 11. Структура стали состоит из 90% перлита, остальное - увеличением содержания углерода?

вторичный цементит. Зарисовать указанную структуру, 10. Как по количеству перлита определить приближенно определить содержание углерода в стали. содержание углерода в стали?

12. Структура заэвтектоидной стали марки У13 (1,3% С) 11. Какие структурные составляющие присутствуют в состоит из перлита и вторичного цементита. Зарисовать структуре заэвтектоидных сталей?

указанную структуру. Определить количество цементита 12. Как и почему изменяются свойства углеродистых сталей в в ней. равновесном состоянии с увеличением содержания 13. В структуре стали содержится 12% цементита. углерода?

Определить содержание углерода, зарисовать микроструктуру стали.

14. В структуре стали содержится 5,25% цементита.

Определить содержание углерода, зарисовать микроструктуру стали.

V. Вопросы для повторения 1. Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит?

2. Сколько углерода может раствориться в феррите?

3. Как выглядят феррит, цементит и перлит при рассмотрении в микроскоп?

66 обычного перлита может быть зернистый перлит, который Лабораторная работа получают после специальной термообработки.

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ 1. Цель работы 2.

Ознакомиться с влиянием углерода на механические свойства сталей, их классификацией и назначением.

II. Сведения из теории.

1. Изменение структуры в зависимости от содержания углерода Доэвтектоидные стали содержат более 0,02%, но менее 0,8% углерода. Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита и перлита (выделением из феррита избыточного тре тичного цементита пренебрегаем). С увеличением содержания углерода количество феррита в доэвтектоидных сталях уменьшается, а перлита - увеличивается (рис. 1).

При содержании в стали 0,8% углерода количество перлита равно 100%.

На рисунке 1 показана микроструктура доэвтектоидной стали с различным содержанием углерода. Отчетливо видно, Рис 1. Равновесная диаграмма что содержание перлита (темная составляющая) увеличивается с повышением содержания углерода. 2. Влияние углерода на механические свойства Структура эвтектоидной стали (0,8 С) состоит из одного углеродистых сталей в равновесном состоянии перлита (рис. 1), всё поле заполнено перлитом.

Структура заэвтектоидных сталей при комнатной С увеличением содержания углерода в стали (как уже температуре состоит из перлита и вторичного цементита, было сказано) возрастает количество фаз, имеющих более причем цементит может располагаться в виде сетки, зёрен высокую твердость (перлит, цементит). Следовательно, и или игл. В структуре заэвтектоидных сталей вместо изменяются механические свойства: возрастает твердость, 68 предел прочности, текучести, уменьшается относительное сопротивление деформации и уменьшают пластичность и удлинение, относительное сужение и ударная вязкость (рис. вязкость.

2). Зная изменение механических свойств в зависимости от структуры (количества углерода) можно определить технологический процесс обработки той или иной стали.

3. Классификация сталей Структура низкоуглеродистых сталей состоит из феррита и перлита. Углеродистые стали классифицируются по качеству, которое определяется содержанием серы и фосфора, способом производства и распределением химических элементов, механическими свойствами. Чем меньше содержание вредных примесей, чем меньше пределы изменения механических свойств и содержания химических элементов, тем выше качество стали.

Углеродистые стали бывают обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Наилучшим комплексом свойств обладают низкоуглеродистые стали, выплавляемые в электрических и мартеновских печах. Сталь, полученная в конвертерах с кислородным дутьем и основной футеровкой, приближается по своим свойствам к мартеновским.

Большое влияние на свойства стали оказывает способ раскисления, в зависимости от полноты которого стали делят на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Обозначение марок кипящей стали сопровождается буквами "кп", полуспокойной - "пс". Марки спокойной стали либо не сопровождаются какими-либо буквенными обозначениями, указывающими способ раскисления, либо сопровождаются буквами "сп".



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.