Формирование структуры материалов

Физико-химические закономерности формирования; строение и свойства материалов. Типы кристаллических решёток металлов. Испытания на ударный изгиб. Термическая и химико-термическая обработка, контроль качества металлов и сплавов. Конструкционные материалы.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 03.02.2012
Размер файла 3,7 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

Формирование структуры материалов

1. Физико-химические закономерности формирования структуры материалов

1.1 Строение и свойства материалов

Наиболее характерные свойства металлов

1. Высокая электро- и теплопроводность.

2. Положительный температурный коэффициент электросопротивления (т.е. повышение электросопротивления при нагреве.)

3. Способность к термоэлектронной эмиссии (т.е. испускание электронов при нагреве)

4. Повышенная способность к пластической деформации.

5. Повышенная отражательная способность.

Твёрдые металлы в обычном состоянии имеют кристаллическое строение (т.е. упорядоченное расположение атомов). В жидком состоянии металлы имеют аморфное строение (т.е. неупорядоченное расположение атомов). Аморфное строение у твёрдых металлов можно получить в результате сверхбыстрой кристаллизации со скоростью 103-109оС/сек. Особенностью металлов является слабая связь внешних электронов со своим ядром. Такие электроны способны отрываться от своего ядра и выходить в межатомное пространство, образуя электронный газ. Таким образом, все металлы состоят из упорядоченно расположённых положительно заряженных ионов и электронного газа. Атомы удерживаются на определённом расстоянии благодаря металлической связи - взаимному притяжению ионов и электронного газа и взаимному отталкиванию соседних ионов.

Кристаллическая решётка - это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой находятся атомы.

Элементарная кристаллическая решётка - это наименьший объём кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объёме.

Типы кристаллических решёток металлов.

1. Объёмноцентрированая кубическая (ОЦК) (количество атомов на 1 ячейку - 1/8*8+1= 2)

2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК) (количество атомов - 1/8*8+1/2*6=4)

3. Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (количество атомов - 1/6*12+1/2*2+3=6)

Дефекты кристаллических решёток металлов.

1. Точечные

а) Вакансия

б) Межузельный атом.

2. Линейные

а) Краевая дислокация

б) Винтовая дислокация.

3. Поверхностные дефекты представляют собой неправильные границы раздела между соседними кристаллами в результате их поворота относительно друг друга.

В связи с различным расстоянием между атомами внутри каждого кристалла металла наблюдается анизотропия (различие) свойств в разных направлениях.

Все металлы - тела поликристаллические (т.е. состоят из большого количества различно ориентированных кристаллов), поэтому в целом свойства металлов изотропны (одинаковы) в различных направлениях.

Полиморфизм (аллотропия) - это способность металла испытывать изменение кристаллической решётки при определённых температурах.

Температуры, при которых в металле происходят превращения, называются критическими точками.

К полиморфизму склонны железо, титан, олово, марганец и др.

Критические точки железа.

1. 768?С - точка Кюри (магнитное превращение железа)

2. 911?С - полиморфное (аллотропическое) превращение Feб-Feг (ОЦК-ГЦК)

3. 1392?полиморфное превращение Feг- Feд(б) (ГЦК-ОЦК)

4. 1539?С - температура плавления (кристаллизации железа).

Методы исследования структуры металлов.

Макроскопический анализ.

Макроскопический анализ заключается в определении строения материалов невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях (до 30 раз).

Методом макроанализа определяют:

- вид излома - вязкий, хрупкий, нафталинистый, камневидный и т.д.;

- нарушение сплошности металла - усадочную рыхлость, центральную пористость, подкорковые пузыри, флокены в стали, дефекты сварки (непровары, газовые пузыри и т.п.);

- дендридное строение, зону транскристализации в литом металле;

- химическую неоднородность литого металла (ликвацию) и грубые включения;

- волокнистую структуру деформированного металла.

Макроструктура может быть исследована непосредственно на поверхности заготовки или детали, в изломе или, что делается чаще, на вырезанном образце, после его шлифования и травления специальными реактивами.

Образец металла, поверхность которого подготовлена для макроанализа, называется макрошлифом.

Для приготовления макрошлифа из детали вырезают образец, его поверхность выравнивают и шлифуют поочерёдно несколькими видами наждачной бумаги, начиная с самой крупнозернистой. При смене бумаги на более мелкозернистую изменяют направление шлифования на 90?.

Методы макроанализа.

Исследование излома, по виду которого определяется характер разрушения. Вязкий излом обычно имеет матовую волокнистую поверхность, а хрупкий - блестящую кристаллическую. Смешанный излом имеет области вязкого и хрупкого разрушения.

Выявление неоднородности распределения (ликвации) серы производится по методу Баумана: макрошлиф протирают ватой, смоченной спиртом, а затем на отшлифованную поверхность накладывают лист бромсеребрянной фотобумаги, вымоченной на свету в 5%-ном растворе серной кислоты в течение 5-10 минут и слегка просушенной фильтровальной бумагой. Бумагу приглаживают сверху рукой для удаления пузырьков образующихся газов и выдерживают на макрошлифе в течение 3-15 минут. Полученный отпечаток промывают в воде, фиксируют в 25%-ном водном растворе гипосульфита, снова промывают в воде и просушивают. Полученные на фотобумаге участки коричневого цвета указывают на места, обогащённые серой. Если фотобумага имеет равномерную окраску, следовательно, сера распределена равномерно.

Появление тёмных участков в местных, обогащённых серой, объясняется тем, что сначала между серной кислотой, впитанной в фотобумагу и включениями MnS, в виде которых сера находится в стали, происходит реакция:

MnS + H2SO4 = MnSO4 + H2S.

Образующийся сероводород действует на бромистое серебро эмульсионного слоя, в результате получается сернистое серебро, имеющее темно-коричневый цвет:

2AgBr + H2S = Ag2S + 2HBr.

3. Выявление дефектов методом глубокого травления производится следующим образом:

а) отшлифованную поверхность образца протирают ватой, смоченной спиртом;

б) в водяную баню, установленную в вытяжном шкафу (так как при травлении выделяются ядовитые газы), помещают фарфоровую ванну с реактивом, состоящим из 100 мл HCl и 100 мл воды, и нагревают до температуры 60-70оС;

в) образец при помощи щипцов погружают в горячий реактив и выдерживают в нем от 10 до 45 минут;

г) после выдержки образец при помощи щипцов вынимают из реактива, промывают водой, а затем 10-15 %-ным водным раствором азотной кислоты и просушивают.

Кислота более сильно растравливает дефекты, чем сплошной металл, и они видны невооруженным глазом.

Выявление ликвации фосфора, поверхностных дефектов производят методом поверхностного травления макрошлифа или сварного соединения в реактиве Гейна (53 г NH4Cl, 85 г CuCl2 в 1000 мл воды) при 20 оС:

а) макрошлиф протирают ватой, смоченной спиртом;

б) образец погружают в реактив и выдерживают 1-2 мин, пока вся его поверхность не покроется медью;

в) струей воды с поверхности смывают слой меди и просушивают образец.

Более темные места показывают расположение дефектов (пор, ликвации фосфора и др.)

Микроскопический анализ.

Микроанализ-излучение строения металлов и сплавов с помощью металлографических микроскопов при увеличении в 50-2000 раз.

При помощи микроанализа определяют:

· форму и размеры кристаллических зёрен, из которых состоит металл или сплав;

· изменение внутреннего строения сплавов, происходящее под влиянием различных режимов термической и химико-термической обработки, а также после внешнего механического воздействия на сплав;

· микропороки металла - микротрещины, раковины и т.п.;

· наличие и виды неметаллических включений - сульфиды, окислы и др.

Микроскопический анализ включает приготовление микрошлифов и исследование их с помощью металлографического микроскопа. Микрошлиф изготавливают как и макрошлиф, но дополнительно ещё полируют специальными пастами и фетром до зеркального состояния, затем образец подвергают травлению растворами кислот с целью выявления структуры. Для исследования микрошлифов применяют оптические и электронные микроскопы. В оптическом микроскопе для получения изображения используются световой луч, а в электронном - поток электронов.

Физические методы исследования и контроля качества металлов и сплавов

1. Термический анализ применяют для определения критических точек металлов и сплавов. Для этого в огнеупорном тигле 2 расплавляют исследуемый сплав 3 (рис. 1)

Рис. 1 Схема установки для изучения процесса кристаллизации термическим методом

В расплавленный металл помещают горячий спай термопары 4, защищённой фарфоровым колпачком 6, холодные края термопары 5 подключена к потенцемоментру 7. Термопары и потенцемометр позволяют замерять температуру при охлаждении металлов до комнатной температуры. По данным экспериментам строится кривая охлаждения металла. Точки перегибов на этой кривой соответствуют критическим точкам.

Дилатометрический анализ основан на изменении объёма металла в процессе полиморфных превращений. Образец помещают в специальный прибор дилатометр и отслеживают изменения объёма в процессе нагрева или охлаждения. Таким образом определяют критические точки металла.

Рентгеноструктурный анализ даёт возможность установить типы кристаллических решёток металлов и сплавов, а так же их параметры. Определение структуры металлов, размещения атомов в кристаллической решётке и измерение расстояния между ними основано на дифракции рентгеновских лучей рядами атомов в кристалле, т.к. длина волн этих лучей соизмерима с межатомными расстояниями в кристаллах. Зная длину волн рентгеновских лучей, можно вычислить расстояние между атомами и построить модель расположения атомов.

Рентгеновский контроль основан на проникновении рентгеновских лучей сквозь тела, непрозрачные для видимого света. Проходя сквозь металлы, рентгеновские лучи частично поглощаются, причём сплошным металлом лучи поглощаются сильнее, чем в тех местах, где находятся газовые, шлаковые включения или трещины. Величину, форму и род этих пороков можно наблюдать на светящемся экране, установленном по ходу лучей за исследуемой деталью. При установке на место экрана кассеты с фотопластинкой или плёнкой получают снимок исследуемого объекта. Рентгеновским исследованием можно обнаружить внутри детали даже микроскопические дефекты.

Магнитная дефектоскопия.

Для выявления трещин, волосовин, пузырей, неметаллических включений внутри деталей применяют также магнитную дефектоскопию. Магнитные испытания складываются из трёх основных операций: намагничивания изделий, покрытия их ферримагнитным порошком, наружного осмотра и размагничивания изделий.

У намагниченных изделий с пороками магнитные силовые линии, стремясь обогнуть места пороков, ввиду их пониженной магнитной проницаемости выходят за пределы поверхности изделия и затем входят в него, образуя неоднородное магнитное поле. Поэтому при покрывании изделий магнитными порошками частицы порошков располагаются над пороком, образуя резко очерченные рисунки.

Ультразвуковая дефектоскопия.

Ультразвуковая дефектоскопия позволяет испытывать не только ферромагнитные, но и парамагнитные материалы и выявлять пороки в их толщине на значительной глубине (свыше 1 м), где они не могут быть обнаружены магнитным методом.

Для исследования материалов применяют ультразвуковые колебания частотой от 2 до 10 МГц. При такой частоте колебания распространяются в материале подобно лучам, почти не рассеиваясь по сторонам. Ими можно “просвечивать” материалы на глубину свыше 1 м. Ультразвук отражается на поверхности раздела разнородных сред. Поэтому ультразвук не проходит через трещины, раковины, включения, образуя акустическую тень. Для излучения и приёма ультразвука пользуются ультразвуковыми дефектоскопами, снабжёнными пьезоэлектрическим излучателями и приёмниками.

Метод радиоактивных изотопов.

В металлургии и металловедении радиоактивные изотопы применяют для разных целей. Например, в шлак вводят радиоактивные изотопы фосфора, серы, марганца и изучают скорость перехода этих элементов в металл и скорость восстановления их равновесного распределения между металлом м шлаком в металлургических плавках при изменении температуры или состава шлака. Введение радиоактивного углерода в железо при цементации позволяет изучить скорость диффузии и распределения углерода в нём.

Для выявления распределения олова в никеле в жидкий сплав добавляют радиоактивное олово; затвердевший сплав кладут на кассету с фотопластинкой и после соответствующей выдержки пластинку проявляют. Получают микрорадиограмму, на которой места расположения атомов радиоактивных изотопов засвечены. Атомы радиоактивного изотопа ведут себя так же, как обычные атомы, что позволяет определить расположение исследуемых атомов.

Радиоактивные изотопы помогают следить за износом кладки металлургических печей, деталей машин и т.д. При пользовании радиоактивными изотопами необходимо строго соблюдать правила предосторожности от опасного облучения.

1.2 Формирование структуры литых материалов

Кристаллизация - процесс перехода металла из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое.

Металл, как любая термодинамическая система, стремится к более устойчивому состоянию, обладающему наименьшим запасом свободной энергии. Графики зависимости свободной энергии жидкого и твёрдого состояния металла от температуры имеют вид.

Кривые пересекаются в точке, соответствующей равновесной температуре tр, при которой одновременно происходят плавления и кристаллизация металла. Для того, чтобы устойчиво происходила кристаллизация, необходимо переохладить металл ниже равновесной температуры. Степень переохлаждения будит равна разности равновесной температуры tр и температуры кристаллизации tк.

?t= tр - tк

Кривые охлаждения чистого металла, построенные в результате кристаллизации образцов с различной скоростью представлены на рисунке.

Из графиков видно, что чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждения ниже равновесной температуры.

Теорию кристаллизации сформулировал Чернов Д.К.: при охлаждения металла ниже равновесной температуры в нём возникают участки кристаллического строения - зародыши (центры) кристаллизации. При дальнейшем охлаждении они растут. В местах сопрокосновения с гранями соседних кристаллов они прекращают свой рост, но продолжается рост граней, соприкасающихся с жидкой фазой. В результате они приобретают неправильную геометрическую форму, поэтому кристаллы металла называют зернами или кристаллитами.

Факторы влияющие на размер зерна при кристаллизации.

Скорость охлаждения (чем она выше, тем меньше зерно);

Температура нагрева металла.

Химический состав металла, в том числе присутствие в расплавленном металле тугоплавких примесей, которые являются центрами кристаллизации и измельчают зерно.

Модифицирование - введение в расплавленный металл небольшого количества примесей, практически не влияющих на химический состав металла и образующих тугоплавкие соединения, с целью измельчения зерна.

Дендриты - это кристаллы древовидной формы, чаще всего образующиеся при кристаллизации.

1 зона - тонкая плотная корочка из мелких равноосных дендритов, образующихся при высокой скорости охлаждения в первый момент кристаллизации.

2 зона - столбчатые кристаллы, вытянутые вдоль линии теплоотвода.

3 зона - крупные равноосные кристаллы, образующиеся при медленном охлаждении и равномерном теплоотводе в последний момент кристаллизации в центре слитка.

В случае сильного перегрева металла и быстрого охлаждения третья зона не образуется - это называется транскристаллизацией.

1.3 Диаграммы состояния сплавов

Сплав - это вещество, полученное сплавлением двух и более компонентов.

Компонент - это химические элементы, входящие в состав сплава.

Фаза - это однородная часть сплава, имеющая одинаковый состав, строение, свойства, агрегатное состояние и отделённая от других фаз границей раздела.

Под структурой сплавов понимают форму, размеры, характер взаимного расположения фаз в металлических сплавах.

Виды фаз в металлических сплавах зависят от характера взаимодействия компонентов.

Виды фаз в металлических сплавах

Жидкий расплав образуется в случае полного растворения компонентов сплава друг в друге при расплавлении.

Кристаллы чистых компонентов образуют механическую смесь, если компоненты между собой не взаимодействуют. Количество фаз будет равно количеству компонентов.

Химическое соединение - это фаза, при образовании которой возникает абсолютно новая кристаллическая решетка, отличная от решёток компонентов. Состав химических соединений постоянен, поэтому его можно выразить формулой. Свойства химических соединений резко отличается от свойств компонентов.

Твёрдый раствор - это фаза, при образовании которой один из компонентов сохраняет свою решетку, а атомы второго компонента растворяются в ней.

а) Твёрдые растворы замещения образуются, когда атомы растворенного компонента замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки. Эти растворы могут иметь не ограниченную или ограниченную растворимость компонентов друг в друге.

б) Твёрдые растворы внедрения образуются, если атомы растворённого компонента располагаются в межузельных пространствах растворителя. Твёрдые растворы внедрения имеют ограниченную растворимость компонентов и образуются у металлов с неметаллами (углеродом, азотом, бором и др.)

Общие закономерности взаимодействия устойчивых фаз могут быть охарактеризованы правилом фаз или законом Гиббса ( для случаев, когда давление в системе постоянно):

C= k-f+1,

где с - число степеней свободы системы;

к - количество компонентов в сплаве;

f - количество фаз в сплаве в данный момент времени и при данной температуре.

Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов.

Обычно для построения диаграмм состояния пользуются результатами термического анализа, то есть строят кривые охлаждения и по остановкам и перегибам на этих кривых, вызванным тепловым эффектом превращений, определяют температуры превращений. Температуру сплава обычно измеряют с помощью термопары.

Для этого в печь 1 (рис.1) помещают тигелёк 2, в котором расплавляют исследуемый сплав 3. Затем в расплав погружают горячий спай 4 термопары 5 (защищённой фарфоровым или кварцевым колпачком 6) и выключают печь.

Начинается охлаждение и температуру отмечают через определённые промежутки времени c помощью потенциометра 7. Появление изменений в агрегатном или фазовом состоянии характеризуется перегибами на кривой охлаждения сплава. Имея достаточное количество сплавов и определив в каждом сплаве температуры превращений, можно построить диаграмму состояния.

Рассмотрим построение диаграммы состояния на примере сплавов свинца и сурьмы. С использованием метода термического анализа были построены кривые охлаждения (рис.2).

Над кривыми охлаждения приведены составы соответствующих сплавов. Первая кривая относится к чистому свинцу (рис. 2 а). При температуре выше 327оС свинец находится в жидком состоянии. При 327оС происходит кристаллизация свинца и ниже 327оС свинец находится в твёрдом состоянии. Следовательно, на кривой охлаждения свинца отрезок 0-1 соответствует охлаждению жидкости, отрезок 1-1? - кристаллизации и 1?-2 - охлаждению твёрдого сплава.

Кривая на рисунке 2 б относится к сплаву, содержащему 95 % свинца и 5 % сурьмы. Кристаллизация начинается при температуре 300 оС (точка 1) и происходит при понижении температуры на участке 1-2 с выделением кристаллов свинца, а затем при постоянной температуре 246 оС (на участке 2-2?) с выделением эвтектики, состоящей из чередующихся кристаллов свинца и сурьмы. На участке 2?-3 происходит охлаждение твёрдого сплава.

Рис. 2. Кривые охлаждения сплавов Pb - Sb

У сплава, содержащего, 90% свинца и 10% сурьмы кристаллизация будет происходить так же, как и у предыдущего сплава, только она начнётся при более низкой температуре - 260 оС (рис. 2 в).

Кривая охлаждения сплава, содержащего 87% свинца и 13% сурьмы, показывает, что его кристаллизация происходит при постоянной температуре 246 оС, в результате чего одновременно кристаллизуются кристаллы свинца и сурьмы.

Сплав, содержащий 75% свинца и 25% сурьмы (рис. 2, д), начинает кристаллизоваться с температуры 340 оС и на участке 1-2 при понижении температуры до 246 оС из него выделяются кристаллы сурьмы, а затем кристаллизация происходит при постоянной температуре 246 оС с выделением эвтектики, состоящей из кристаллов свинца и сурьмы (участок кривой охлаждения 2-2?).

Таким образом, анализ кривых охлаждения показывает, что у сплавов свинца и сурьмы происходит эвтектическая реакция, то есть одновременная кристаллизация из жидкости кристаллов свинца и сурьмы, при температуре 246 оС, что характеризуется горизонтальным участком на кривой охлаждения сплава. Это означает, что эвтектическая реакция происходит при постоянной температуре и концентрации компонентов в жидкости - 87% свинца и 13% сурьмы. У сплавов, содержащих менее 13% сурьмы (доэвтектоидных) вначале из жидкости выделяются избыточные кристаллы свинца, а у сплавов, содержащих более 13% сурьмы (заэвтектоидных) вначале из жидкости выделяются избыточные кристаллы сурьмы. Но у всех сплавов кристаллизация заканчивается эвтектоидной реакцией.

Следовательно, используя кривые охлаждения сплавов, можно определить температуры начала и конца кристаллизации. Точки начала кристаллизации называются точками ликвидус, а точки конца кристаллизации - точками солидус.

Для построения диаграммы состояния Pb - Sb используют кривые охлаждения нескольких сплавов свинца и сурьмы (рис.2). По этим кривым определяют температуры критических точек, в данном случае ликвидус и солидус и заносят их в таблицу.

Таблица 1 Критические точки сплавов свинца и сурьмы

№ п/п

Сплав

tн, оС

tк, оС

1

100 % Pb

327

327

2

95 % Pb + 5 % Sb

300

246

3

90 % Pb + 10% Sb

260

246

4

87 % Pb + 13 % Sb

246

246

5

75 % Pb + 25 % Sb

340

246

Их наносят на систему координат температура-концентрация компонентов (рис.3).

На построенную систему координат наносят точки ликвидус и солидус для каждого сплава (рис. 4).

Затем точки ликвидус соединяют одной линией, а точки солидус другой линией, в результате чего получают диаграмму состояния сплавов, состоящих из свинца и сурьмы (рис. 5).

Линию начала кристаллизации называют линией ликвидус, а окончания кристаллизации - солидус. Горизонтальная линия на диаграмме показывает, что кристаллизация сплавов заканчивается эвтектоидной реакцией, происходящей при температуре 246 оС. Таким образом, получилась диаграмма состояния первого рода. Компоненты этих сплавов взаимно нерастворимы в твёрдом состоянии и не образуют химических соединений, но неограниченно растворимы в жидком состоянии.

Рис. 3. Построение системы координат

Рис. 4. Построение критических точек сплавов Pb-Sb

рис. 5. Построение линий диаграммы состояния Pb - Sb

Крайние точки этой системы координат соответствуют чистым компонентам (100 % свинца и 100 % сурьмы). Каждая точка оси концентраций соответствует сплаву определённого состава. На оси координат отмечают концентрацию только одного компонента (в данном случае сурьмы), а концентрация второго компонента соответственно равна 100% минус концентрация сурьмы.

Диаграмма состояния позволяет определить температуры критических точек любого сплава данного состава, структуру твёрдого сплава, а также решить вопрос о том, можно ли добиться изменения структуры сплава в результате термической обработки. Поскольку технологические и эксплуатационные свойства сплавов тесно связаны с их микроструктурой, то диаграммы состояния сплавов имеют большое значение для практического металловедения.

Вид диаграммы состояния определяется характером взаимодействия компонентов сплава между собой.

Типы диаграмм фазового равновесия двухкомпонентных сплавов.

Диаграмма состояния первого рода (рис.6) характерна для сплавов, компоненты которых неограниченно растворимы друг в друге в жидком состоянии, не растворимы в твёрдом состоянии и не образуют химических соединений.

Линия CED - ликвидус, MN - солидус. При охлаждении линия CE показывает начало выделения кристаллов А, линия ED - кристаллов В. На линии MN из жидкости одновременно выделяются кристаллы А и В (эвтектическая реакция).

Для доэвтектического сплава I кривая охлаждения имеет вид, показанный на рисунке 7а.

На этой кривой участок выше точки 1 соответствует охлаждению жидкости, (1-2) - выделению кристаллов А, (2-2?) - эвтектической реакции LЕ-А+В, (2? -3) - охлаждению твёрдого сплава, состоящего из кристаллов А и эвтектики (А+В). Схема, представленная ниже кривой охлаждения (рис.7 а), показывает строение сплава в разные моменты кристаллизации.

Кривая охлаждения эвтектического сплава II (рис. 7 б) состоит из трёх участков: (0-2) - охлаждение жидкости, (2-2?) - эвтектической реакции LЕ-А+В, (2? -3) - охлаждению твёрдого сплава, состоящего из кристаллов эвтектики (А+В).

Рис. 6. Диаграмма состояния первого рода

Рис 7. Кривые охлаждения сплавов

Кривая охлаждения III заэвтектического сплава (рис. 7 в) включает следующие участки: (0-1) - охлаждение жидкости, (1-2) - выделение кристаллов В, (2-2?) - эвтектическая реакция LЕ-А+В, (2?-3) - охлаждение твёрдого сплава, состоящего из кристаллов В и эвтектики (А+В). Схема, представленная ниже кривой охлаждения (рис. 5 в), показывает строение сплава в разные моменты кристаллизации.

Диаграмма состояния второго рода (рис. 8 а) характерна для сплавов, компоненты которых неограниченно растворимы в жидком и твёрдом состоянии и не образуют химических соединений.

Рис. 8. Диаграмма состояния второго рода (а), кривая охлаждения сплава К (б), схема изменения структуры сплава К (в)

В этом случае возможно существование только двух фаз - жидкого расплава L и кристаллов твёрдого раствора б.. Линия АmB является линией ликвидус, AnB - солидус. Кривая охлаждения сплава К(рис.6 б) включает три участка: (0-1) - охлаждение жидкости, (1-2) - выделение кристаллов б из жидкости, (2-3) - охлаждение сплава, состоящего из кристаллов твёрдого раствора б. Изменение структуры сплава при охлаждении до комнатной температуры показано на схеме (рис.8 в).

Диаграмма состояния третьего рода характерна для сплавов, компоненты которых неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и не образуют химических соединений. В таких сплавах может происходить эвтектическая LE- б + в (рис.9 а) и перитектическая реакции LP + в - б (рис.10 а).

В этом случае в сплавах образуются следующие фазы: жидкий расплав, кристаллы твёрдых растворов б и в.

На диаграмме с эвтектикой линия CED - ликвидус, ADCB - солидус (рис. 7). Кривая охлаждения доэвтектического сплава I (рис. 7 б) состоит их следующих участков: (0-1) - охлаждение жидкости; (1-2) - выделение кристаллов твёрдого раствора б из жидкости; (2-2) - охлаждение твёрдого сплава, состоящего из кристалловб; (3-4) - выделение кристаллов вII из твёрдого раствора б в связи с понижением растворимости компонента В в компоненте А. Изменение структуры этого сплава показано на схеме (рис.9 г).

Кривая охлаждения доэвтектического сплава II (рис.9 в) состоит их следующих участков: (0-1) - охлаждение жидкости; (1-2) - выделение кристаллов твёрдого раствора Ь из жидкости; (2-2`) - эвтектическая реакция LE- Ь + в ; (3-4) - охлаждение сплава, состоящего из кристаллов твёрдого раствора Ь и эвтектики (Ь + в). Изменение структуры этого сплава показано на схеме (рис.9 д).

Рис. 9. Диаграмма состояния третьего рода с эвтектикой (а), кривые охлаждения сплавов (б, в), схемы изменения структур сплавов (г, д)

На диаграмме с перитектикой линия CED - ликвидус, CMND - солидус (рис.10 а). На кривой охлаждения сплава I (рис.10 б) участок (1-2) соответствует выделению кристаллов в из жидкости, (2-2`) - перитектической реакции L Е + в - Ь , (2`-3) - выделению кристаллов Ь из жидкости, (3-4) - охлаждению кристаллов твёрдого раствора Ь. Изменение структуры сплава при охлаждении показано на схеме (рис. 10 г).

На кривой охлаждения сплава II (рис. 10 в) участок (1-2) соответствует выделению кристаллов в из жидкости, (2-2`) - перитектической реакции LЕ + в - Ь ,

(2`-3) -охлаждению твёрдого сплава, состоящего из кристаллов твёрдых растворов Ь.и в. Изменение структуры сплава II при охлаждении показано на схеме (рис. 10 д).

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

Рис. 10. Диаграмма состояния третьего рода с перитектикой (а), кривые охлаждения сплавов (б, в), схемы изменения структур сплавов (г,д)

Диаграмма состояния четвёртого рода характерна для сплавов, компоненты которых неограниченно растворимы в жидком состоянии и образуют химическое соединение (рис. 11) или твёрдый раствор на базе химического соединения (рис.12).

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

Рис.11 Диаграмма состояния 4 рода с Рис.12. Диаграмма состояния 4 рода с устойчивым химическим соединением твёрдым раствором на базе химического соединения

Если компоненты сплава нерастворимы в твёрдом состоянии (рис.11), то образуются жидкий расплав, кристаллы компонентов А и В и кристаллы химического соединения AnBm. В этом случае в сплавах в зависимости от состава могут протекать эвтектические реакции:

L-А+ AnBm (линия СЕD)

L- AnBm +В (линия DЕ1 F)

Если компонеты сплава ограниченно растворимы в твёрдом состоянии (рис.12), то образуются жидкий расплав, rристаллы твёрдых растворов Ь и в, кристаллы твёрдого раствора на базе химического соединения г. В этих случаях в зависимости от состава сплава могут протекать эвтектические реакции:

L- Ь + г (линия СЕD)

L- г + в (линия DЕ1 F)

Как известно, вид диаграммы состояния зависит от характера взаимодействия компонентов в нём, а, следовательно, между видом диаграммы состояния и свойствами сплава существует определённая связь (рис.13).

Метод изучения изменений свойств в зависимости от изменения состава и построения диаграммы состав-свойства был положен Курнаковым Н.С. в основу разработанного им физико-химического анализа сплавов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

Рис. 13. Связь между диаграммой состояния и некоторыми свойствами сплавов

Анализ фазовых превращений по диаграмме состояния.

Диаграмма состояния сплава позволяет определить характер фазовых превращений при медленном охлаждении или нагреве, а также структуру в твёрдом состоянии для любого сплава, состоящего из данных компонентов. Для этого через точку, соответствующую исследуемому сплаву проводят вертикальную линию и отмечают точки пересечения этой линии с линиями диаграммы (критические точки). По ним строят кривую охлаждения или нагрева и анализируют фазовые превращения. Однофазные области диаграммы показывают, что фазовых превращений не происходит, а происходит только охлаждение или нагрев сплава. Двухфазные области диаграммы характеризуют фазовые превращения. Участки кривой охлаждения или нагрева в двухфазных областях будут иметь меньший наклон, чем в однофазных областях, так как образование новой фазы при охлаждении идёт с выделением тепла, а распад одной из фаз при нагреве происходит с поглощением тепла, то есть скорость охлаждения уменьшается.

Горизонтальные линии показывают, что в сплавах, состоящих из данных компонентов, происходит эвтектическая, перитектическая или эвтектоидная реакция. При эвтектической реакции в результате охлаждения жидкости происходит одновременная кристаллизация кристаллов двух видов. Перитектическая реакция также происходит при кристаллизации - взаимодействие жидкого расплава и ранее образовавшихся кристаллов одной фазы приводит к образованию новых кристаллов. Эвтектоидная реакция происходит в твёрдом состоянии и представляет собой распад одной фазы с образованием двух новых фаз в результате полиморфного превращения. Если вертикальная линия, соответствующая сплаву пересекает горизонтальную прямую, то на кривой охлаждения этому соответствует горизонтальная площадка, показывающая, что в сплаве происходит реакция.

В любой точке диаграммы можно определить количество степеней свободы данной системы, используя закон Гиббса. Состояние любой термодинамической системы (сплава) можно характеризовать следующими параметрами: температурой, давлением, концентрацией компонентов. Если принять, что все превращения в сплаве происходят при постоянном давлении, то закон Гиббса (правило фаз) будет иметь вид:

c=k-f+1,

где с - число степеней свободы системы, то есть число внешних и внутренних факторов (температура, концентрация компонентов), которое можно изменять без изменения числа фаз в системе.

В процессе кристаллизации изменяются и концентрация, и количество каждой фазы (количество жидкой фазы уменьшается, а твёрдой увеличивается). В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию, используя правило отрезков.

Первое положение правила отрезков гласит:

чтобы определить концентрацию компонентов в фазах через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область диаграммы; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

Для того чтобы определить количественное соотношение фаз в сплаве при заданной температуре пользуются вторым положением правила отрезков:

· количество фаз будет обратно пропорционально длине отрезков, отсекаемых линией, соответствующей составу данного сплава, на горизонтальной прямой, соответствующей заданной температуре.

Рассмотрим фазовые превращения сплава, содержащего 40% алюминия (Al ) и 60% кремния (Si ), используя диаграмму состояния Al- Si (рис.14). Для построения кривой охлаждения данного сплава проведём вертикальную линию, соответствующую этому сплаву (рис.14).

Точки пересечения этой линии с линиями диаграммы обозначим цифрами 1, 2, 3 и спроецируем их на ось координат «температура-время» (рис. 14). Участок выше точки 1 соответствует охлаждению жидкости, которое происходит при постоянном повышении температуры, поэтому он будет выглядеть в виде наклонной линии (рис.15).

Участок 1-2 будет соответствовать процессу кристаллизации твёрдого раствора в из жидкости. Так как образование кристаллов происходит с выделением тепла, то на этом участке наклон кривой охлаждения уменьшается (рис.16).

Горизонтальная линия на диаграмме состояния показывает, что в сплавах системы Al-Si кристаллизация заканчивается эвтектической реакцией, происходящей при температуре 577 оС. При этой реакции из жидкости, содержащей 88,3 % Al и 11,7 % Si, одновременно выделяются кристаллы твёрдых растворов Ь и в. Так как эвтектическая реакция происходит при постоянной температуре, то на кривой охлаждения этот процесс будет представлен горизонтальным участком 2-2? (рис.17).

Рис. 14 Диаграмма состояния Al-Si

В точке 2 кристаллизация сплава заканчивается, следовательно участок 2?-3 соответствует процессу охлаждения твёрдого сплава, состоящего из кристаллов твёрдого раствора в и эвтектики (Ь + в), и представляет собой наклонную кривую (рис.18).

Рис. 15. Построение участка кривой, соответствующего охлаждению жидкости

Рис. 16. Построение участка кривой 1-2

Рис. 17 Построение участка кривой 2-2?

Рис. 18. Диаграмма состояния Al-Si, кривая охлаждения сплава, содержащего 60% Si

Описывать фазовые превращения необходимо следующим образом:

Выше точки 1 происходит охлаждение жидкости. Так как в сплаве присутствует одна фаза - жидкость, состоящая из двух компонентов - Al и Si, то согласно правилу фаз число степеней свободы на этом участке составит c=k-f+1=2-1+1=2.

При температуре точки 2 начинается процесс кристаллизации. На участке 1-2 из жидкости выделяются кристаллы твёрдого раствора в (c=k-f+1=2-2+1=1). Так как кристаллизация происходит с выделением тепла, то изменяется наклон кривой охлаждения.

По достижении температуры точки 2 (577 оС) в жидкости содержится 88,3 % Al + 11,7 % Si, в результате чего происходит эвтектическая реакция с выделением эвтектики (Ь + в). Так как в сплаве одновременно присутствуют три фазы - жидкость, кристаллы Ь и кристаллы в, то это состояние нонвариантного равновесия (c=k-f+1=2-3+1=0). Этому процессу соответствует горизонтальный участок кривой охлаждения.

Ниже температуры точки 2 сплав полностью находится в твёрдом состоянии. На участке 2?-3 происходит охлаждение сплава, состоящего из кристаллов твёрдого раствора в и эвтектики (Ь + в). Этот сплав является заэвтектоидным.

Определим состав фаз и их количественное соотношение для данного сплава, содержащего 40% алюминия (Al ) и 60% кремния (Si ), при температуре 900оС. Для этого в соответствующей области диаграммы проведём горизонтальную линию, соответствующую температуре 900оС, до пересечения с линиями диаграммы. Полученные точки пересечения обозначим b, a, c (рис.18).

Так как точка b находится на линии ликвидус, то согласно правилу отрезков она показывает состав жидкости - 63 % Al + 37 % Si.

Так как точка c находится на линии солидус, то согласно правилу отрезков она показывает состав твёрдой фазы - кристаллов твёрдого раствора в - 3% Al + 97% Si.

Для определения количественного соотношения фаз - жидкости и кристаллов твёрдого раствора в воспользуемся вторым положением правила отрезков:

Количество жидкости будет равно

ac/bс*100%= (97-60)/(97-37)*100% = 37/60*100% = 61,7 %

Количество кристаллов твёрдого раствора в будет равно

ba/bс*100%= (60-37)/(97-37)*100% = 23/60*100% = 38,3%

Диаграмма состояния железо-углерод.

Диаграмма состояния «железо-углерод» («железо-цементит») характеризует особенности процесса кристаллизации, фазовый состав и микроструктуру жезезоуглеродистых сплавов - сталей и чугунов. Она построена в координатах «температура - концентрация компонентов» (рис.19).

Рис. 19 Диаграмма состояния «железо-углерод»

Железо - это металл, имеющий полиморфные превращения при температурах 911оС и 1392оС. Полиморфные модификации железа принято обозначать Feб (ОЦК-решётка) и Feг (ГЦК-решётка). При температуре 911оС Feб - Feг, а при температуре 1392 оС Feг - Feб. Кроме того, при температуре 768 оС (точка Кюри) происходит магнитное превращение железа. Температура плавления железа - 1539 оС.

Углерод способен растворяться в Feб и Feг, образуя твёрдые растворы - феррит и аустенит, а также образовывать c железом химическое соединение - цементит.

Таким образом, в железоуглеродистых сплавах образуются следующие фазы: жидкий расплав (жидкость), феррит, аустенит, цементит.

Жидкость принято обозначать Ж или L (от слова «ликвидус»).

Феррит- это твёрдый раствор углерода в Feб, максимальная концентрация углерода в котором составляет 0,02% (у низкотемпературного Feб). Его принято обозначать Ф, б или Feб. На диаграмме состояния феррит существует в областях AHN и GPQ. При понижении температуры растворимость углерода в феррите понижается в соответствии с линией PQ.

Аустенит - это твёрдый раствор углерода в Feг, максимальная концентрация углерода в котором составляет 2,14%. Его принято обозначать А, г или Feг. На диаграмме состояния аустенит существует в области NJЕSG. При понижении температуры растворимость углерода в аустените понижается в соответствии с линией ES.

Цементит - это химическое соединение железа и углерода Fe3С, имеющее постоянную концентрацию углерода - 6,67%. На диаграмме ему соответствует линия DL.

ABCD - линия ликвидус, AHJECF - линия солидус.

Координаты точек диаграммы приведены в таблице 2.

Таблица 2. Точки диаграммы «железо-цементит»

Обозначение точки

Температура,

оС

Концентрация углерода, %

A

1539

0

B

1499

0.5

H

1499

0.1

J

1499

0.16

N

1392

0

E

1147

2.14

C

1147

4.3

F

1147

6.67

D

1250

6.67

G

911

0

P

727

0.02

S

727

0.8

K

727

6.67

Q

600

0.006

L

600

6.67

У сплавов, содержащих более 2,14% углерода (чугунов), кристаллизация заканчивается эвтектической реакцией, при которой из жидкости, содержащей 4,3% углерода, одновременно кристаллизуются аустенит и цементит (ледебурит): Lc-АЕ+Ц. Эвтектическая реакция происходит при температуре 1147 оС и на диаграмме ей соответствует линия ECF. Структура ледебурита представлена на рисунке 21 б.

Так как железо склонно к полиморфным превращениям, то и его твёрдые растворы также претерпевают превращения, которые происходят в виде перитектической и эвтектоидной реакций.

Перитектическая реакция происходит при температуре 1499 оС и ей на диаграмме соответствует линия HJB. Она заключается во взаимодействии жидкости, содержащей 0,5% углерода, и кристаллов феррита (0,1% С) с образованием аустенита (0,16% С): Lв+Фн-Аj

Эвтектоидная реакция происходит при температуре 727 оС и ей на диаграмме соответствует линия PSK. Она заключается в распаде аустенита, содержащего 0,8 % С на феррит (0,02 % С) и цементит (перлит): АS-ФP+Ц. Структура перлита представлена на рисунке 20 д.

В зависимости от содержания углерода, а следовательно и структуры в равновесном состоянии железоуглеродистые сплавы принять классифицировать на следующие группы:

1. техническое железо - сплавы железа и углерода, содержащие менее 0,02 % С и состоящие из феррита и третичного цементита (рис.30 а);

2. стали - сплавы железа и углерода с содержанием углерода 0,02-2,14 %;

а) доэвтектоидные стали содержат более 0,02, но менее 0,8 % С и состоят из феррита и перлита (рис.20 б,в);

б) эвтектоидная сталь содержит 0,8 % С и имеет структуру пластинчатого перлита (рис.20 д);

в) заэвтектоидные стали содержат более 0,8 % до 2,14 % С и состоят из перлита и вторичного цементита (рис.20 г);

Рис. 20 Микроструктуры технического железа и сталей

3. чугуны - сплавы железа и углерода с содержанием углерода более 2,14 %;

а) доэвтектические чугуны содержат более 2,14, но менее 4,3 % С и состоят из перлита, вторичного цементита и ледебурита (рис.21 а );

б) эвтектический чугун содержит 4,3 % С и имеет структуру ледебурита (рис.21 б);

в) заэвтектические чугуны содержат более 4,3 до 6,67 % С и состоят из первичного цементита и ледебурита (рис.21 в).

Рис. 21 Структуры белых чугунов

1.4 Формирование структуры деформированных металлов и сплавов

Прочность - это способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних сил.

Твёрдость - это способность материала сопротивляться деформации в поверхностном слое при местном силовом контактом воздействии.

Пластичность - это способность материала изменять свою форму под действием внешних сил, не разрушаясь.

Упругость - это способность материала восстанавливать свою форму после снятия внешнего воздействия.

Вязкость - это способность материала поглощать механическую энергию, сохраняя при этом пластичность вплоть до разрушения.

Упругая деформация - не оставляет изменение в теле после снятие нагрузки, а пластическая оставляет. Пластическая деформация приводит к смещению атомов в новое положение, из которого они не могут вернуться в исходное положения.

Пластическая деформация происходит в результате скольжения или двойникования атомных плоскостей. Вначале скольжение осуществляется благодаря дефектам - дислокациям, которые перемещаются в кристаллах металлов. В результате скольжения плоскостей количество дефектов возрастает, и они уже препятствуют скольжению атомных плоскостей. То есть при деформации прочность металла увеличивается, а пластичность снижается - это явления называется наклёпом.

В результате деформации зёрна металла приобретают текстуру - закономерную ориентировку в направлении действующей силы. При нагреве металла до невысоких температур (100-200оС) происходит возврат - уменьшение упругих искажений решётки, приводящее к незначительному снижению твёрдости. А при нагреве до температуры, составляющей 0,4-0,5 от температуры плавления, происходит рекристаллизация - образования и рост новых равноосных зёрен вместо деформированных. Прочность металла снижается, а пластичность повышается практически до исходного состояния.

Виды механических испытаний металлов.

Статические испытания проводятся при постоянной или медленно возрастающей нагрузке.

а) испытание на растяжение;

б) определение твёрдости.

Динамические испытания проводятся под действием быстро возрастающей нагрузки или удара.

а) испытание на ударную вязкость.

Циклические испытания проводятся при знакопеременных нагрузках

а) испытания на усталость.

Технологические пробы.

а) испытание на осадку

б) испытание на сжатие и т.д.

Испытания на растяжение

Для испытаний используют стандартные образцы цилиндрической формы, которые закрепляются в захватах разрывной машины и растягиваются до разрыва.

Пишущий механизм машины фиксирует диаграмму растяжения. Большинство металлов имеют диаграмму растяжения, представленную на рисунке.

Для некоторых металлов (низкоуглеродистых сталей, латуней) она имеет вид, представленный на рисунке.

На ней присутствует практически горизонтальная площадка, обозначающая явление текучести, т.е. удлинение образца практически без увеличения нагрузки на определённом этапе деформации. До точки В деформация имеет упругий характер, а затем пластический. Точка С показывает начало площадки текучести. Точка D показывает максимальную нагрузку, которую способен выдержать образец без разрушения. Точка Е показывает момент разрушения. По диаграмме растяжения определяют величины прочности, пластичности и упругости металлов.

Величины характеризующие прочность металла.

1. Физический предел текучести - это наименьшее напряжение, при котором без заметного увеличения нагрузки продолжается деформация образца:

ут=Pc/So,

где Pc - нагрузка в точке С,

So - площадь поперечного сечения образца до испытания.

2. Условный предел текучести - это напряжение, при котором образец получает удлинение, равное 0,2 % расчётной длины.

у0,2=P0,2/So,

где P 0,2 - нагрузка, которая вызывает удлинение образца, составляющее 0,2% расчётной длины;

So - площадь поперечного сечения образца до испытания.

Предел прочности (временное сопротивление растяжению) - это максимальное напряжение, которое способен выдержать образец без разрушения:

ув=Pmax/So,

где Pmax - нагрузка в точке D,

So - площадь поперечного сечения образца до испытания.

Величины, характеризующие пластичность

Относительное удлинение образца:

д=(l-l0)/l0,

где l0 и l - длина образца до и после испытания.

Относительное сужение площади поперечного сечения образца:

ш=(S0-S)/S0,

где So и S - площадь поперечного сечения образца до и после испытания.

Величины, характеризующие упругость.

Модуль упругости - это отношение напряжения в металле к соответствующему относительному удлинению в пределах упругой деформации:

Е=у/д

Методы определения твёрдости металлов.

Наиболее распространёнными способами определения твёрдости металлов являются методы Бринелля, Роквелла, Виккерса.

1. Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавливанием в испытуемый образец стального шарика диаметром D = 10 или 5 или 2,5 мм под действием заданной нагрузки Р в течение определенного времени. Для этого используется автоматический рычажный пресс.

В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Диаметр лунки d измеряют специальной лупой, а затем определяют твёрдость Бринелля по формуле:

Таким образом твердость Бринелля измеряют в МПа или кгс/ мм2.

Для того, чтобы испытание произвести без ошибки, необходимо правильно подобрать нагрузку и диаметр шарика.

2. Определение твёрдости по Роквелу.

В этом методе твёрдость определяют по шкалам прибора (А,B,C). Наконечником служит алмазный конус с углом при вершине 120? или стальной закалённый шарик. Алмазный конус применяют для испытаний твёрдых, а шарик для мягких металлов. Конус и шарик вдавливают двумя последовательными нагрузками: предварительной - 100 Н и основной (для шарика - 900 Н, для алмазного конуса - 1400Н для очень твёрдых образцов и 500Н для тонких образцов). Твердость по Роквелу обозначается HRA при нагрузке 600Н (шкала А), HRC при нагрузке 1500Н (шкала С) и HRB при нагрузке 1000Н (шкала В).

3. Определение твёрдости при вдавливании алмазной пирамиды по Виккерсу.

Метод используют для определения твёрдости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоёв, имеющих высокую твёрдость. Твёрдость определяют вдавливанием в испытуемую поверхность четырёхгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136о.

Твёрдость по Виккерсу HV рассчитывают по формуле:

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

где Р - нагрузка на пирамиду;

d - среднее арифметическое двух диагоналей отпечатка, измеряемых после снятия нагрузки, м.

Определение микротвёрдости.

Определение микротвёрдости необходимо для изделий мелких размеров и отдельных структурных составляющих сплавов. Прибор для определения микротвёрдости состоит из механизма для вдавливания алмазной пирамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытуемую поверхность вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой 0,05-5Н. Твёрдость Н определяют по той же формуле, что и твёрдость по Виккерсу.

Образцы для измерений должны быть подготовлены так же, как микрошлифы.

Испытания на ударный изгиб.

Испытания проводят на стандартных образцах прямоугольного сечения с концентратором напряжений посредине. Образец разрушают одним ударом маятникового копра. По шкале копра определяют полную работу удара К. По формуле определяют ударную вязкость:

KC=K/S0,

где S0 - начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора напряжений.

В зависимости от вида и формы концентратора напряжений ударную вязкость обозначают KCU, KCV или KCT.

Также этот вид испытаний проводят при различных температурах для определения порога хладноломкости - температуры перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому. По результатам испытаний строят кривую зависимости ударной вязкости от температуры испытания.

Хрупкий и вязкий характер разрушения при ударном изгибе для стали можно различить по виду излома. Порог хладноломкости определяют по проценту волокна (В, %) матовой, волокнистой составляющей в изломе. За порог хладноломкости Т50 принимается температура, при которой имеется 50 % волокна в изломе.

Испытания на усталость.

Усталостью метала называют разрушение под действием повторяющихся или знакопеременных напряжений.

Усталостный излом состоит из двух зон:

· зона усталости

· зона долома

Трещина чаще возникает на поверхности. Сопротивление металла циклическому нагружению характеризуется пределом выносливости, т.е. наибольшим напряжением, которое может выдержать металл без разрушения за большое число циклов N (105-108 и более)

Для испытание на усталость используют не менее 10 образцов которые подвергают знакопеременным напряжениям. Каждый образец испытывают при определённой нагрузке и подсчитывают число циклов нагружения, которые привели к разрушению образца. По данным эксперимента строят график зависимости числа циклов нагружения от величины напряжения.

Горизонтальный участок, т.е. максимальное напряжение, не вызывающее разрушения при бесконечно большом числе перемен нагрузки, соответствует пределу выносливости уR.

1.5 Термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов

Термическая обработка - это изменение структуры стали путём нагрева выдержки и охлаждения с соблюдением установленных режимов.

Обозначение критических точек стали при нагреве и охлаждении.


Подобные документы

  • Термическая обработка металлов и ее основные виды. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении. Основы химико-термической обработки. Цементация, азотирование, нитроцементация и цианирование, борирование и силицирование стали.

    реферат [160,5 K], добавлен 17.12.2010

  • Сущность и назначение термической обработки металлов, порядок и правила ее проведения, разновидности и отличительные признаки. Термомеханическая обработка как новый метод упрочнения металлов и сплавов. Цели химико-термической обработки металлов.

    курсовая работа [24,8 K], добавлен 23.02.2010

  • Определение механических свойств конструкционных материалов путем испытания их на растяжение. Методы исследования качества, структуры и свойств металлов и сплавов, определение их твердости. Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов.

    учебное пособие [7,6 M], добавлен 29.01.2011

  • Направления и этапы исследований в сфере строения и свойств металлов, их отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых разных эпох. Типы кристаллических решеток металлов, принципы их формирования. Основные физические и химические свойства сплавов.

    презентация [1,3 M], добавлен 29.09.2013

  • Физико-химические основы термической и химико-термической обработки материалов. Структуры и превращения в системе железо-углерод. Защитно-пассивирующие неорганические и лакокрасочные покрытия. Основы строения вещества. Кристаллизация металлов и сплавов.

    методичка [1,2 M], добавлен 21.11.2012

  • Классификация композиционных материалов, их геометрические признаки и свойства. Использование металлов и их сплавов, полимеров, керамических материалов в качестве матриц. Особенности порошковой металлургии, свойства и применение магнитодиэлектриков.

    презентация [29,9 K], добавлен 14.10.2013

  • Формирование структуры и методы исследования свойств металлов; диаграмма состояния "железо-цементит". Железоуглеродистые сплавы; термическая обработка металлов и сплавов. Сплавы, применяемые в промышленности; выбор сплава на основе цветного металла.

    контрольная работа [780,1 K], добавлен 13.01.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.