Диаграммы состояния сплавов
Зависимость агрегатного или фазового состояния сплавов от их состава и температуры определяют экспериментально путем определения критических точек превращений в сплавах по кривым нагрева (охлаждения). По полученным данным строят диаграммы состояния, отражающие связь между состоянием сплавов, их составом и температурой, а также фазовые превращения, происходящие в сплавах при нагреве и охлаждении.
Диаграмма состояния сплавов —твердых растворов. На рис. 3.1 приведена диаграмма состояния сплавов, компоненты которых А и В обладают неограниченной растворимостью друг в друге. По вертикали располагают шкалу температур, по горизонтали — ось концентраций компонентов. При таком построении диаграмма отражает состояние сплава любой концентрации при любой температуре.
Диаграмма состояния сплавов — твердых растворов состоит из двух линий: верхней — ликвидус (от лат. liquidus — жидкий) и нижней — солидус (solidus — твердый). Выше линии ликвидус сплавы находятся в однофазном жидком состоянии между линиями ликвидус и солидус — двухфазном состоянии (кристаллы твердого раствора и жидкость) и ниже линии солидус — в однофазном твердом состоянии — состоят из зерен твердого раствора компонентов А и В. Как видно из диаграммы, сплавы-твердые растворы в отличие от чистых компонентов затвердевают и плавятся в интервале температур между линиями ликвидус и солидус. В случае ограниченной растворимости компонентов на диаграмме состояния ниже линии солидус будет еще одна линия, отражающая эту растворимость.
2. Диаграмма состояния сплавов-смесей. Сплавы-смеси также затвердевают и плавятся в интервале температур между линиями ликвидус АСВ (рис. 3.2) и солидус DCF. И только сплав, соответствующий концентрации точки С, плавится, как и чистые компоненты, при постоянной температуре. После затвердения этот сплав состоит из смеси (рис. 3.2) мелких зерен обоих компонентов А и В. Такая смесь называется эвтектикой (Э), сплав с такой структурой —- эвтектическим, а точка С — эвтектической точкой. Соответственно сплавы, расположенные левее точки С, называются доэвтектическими, правее — заэвтектическими.
Рис. 3.1. Диаграмма состояния сплавов — твердых растворов.
Затвердевание доэвтектического сплава / начинается в точке / на линии ликвидус АС выпадением кристаллов избыточного компонента А. Поэтому в интервале между точками / и 2 жидкая фаза сплава обедняется компонентом А и соответственно обогащается компонентом В. При температуре точки 2 сплав состоит из кристаллов компонента А и жидкой фазы, концентрация которой достигла эвтектического состава и поэтому затвердевает с образованием эвтектики (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Диаграмма состояния сплавов-смесей. |
Процесс затвердевания зазвтектического сплава /// отличается от рассмотренного тем, что в нем на линии ликвидус СВ в точке 3 начинают выделяться кристаллы компонента 3, Поэтому после затвердевания (точка 4) структура этого сплава состоит из кристаллов В и эвтектики (рис. 3.2). При нагревании сплавов рассмотренные процессы происходят в обратном порядке.
3. Связь диаграмм состояния сплавов с их свойствами.Практическая ценность диаграмм состояния состоит еще и в том, что, отражая агрегатное и фазовое состояние сплавов, они отражают также изменение их свойств, Впервые эту связь установил и изучил советский физико-химик, академик Н. С. Курнаков и представил ее в виде диаграмм состав — свойства (рис. 3.3). Например, если компоненты сплава образуют механические смеси, то свойства этих сплавов (твердость, электропроводность и др.) изменяются по закону прямой линии (рис. 3.3, а). В сплавах твердых растворах эти свойства изменяются по кривой с максимумом или минимумом (рис. 3.3, б).
Установлено также, что твердые растворы обладают повышенной пластичностью, поэтому сплавы с такой структурой хорошо обрабатываются давлением. Наличие эвтектики в сплавах, наоборот, делает их более хрупкими, но улучшает литейные свойства.
Рис. 3.3. Связь диаграмм состояния сплавов с их свойствами. |
Диаграмма состояния Fе- Fе3C.
В системе Fе-С различают: феррит, аустенит, цементит и графит.
Феррит - представляет собой твердый раствор внедрения углерода и других элементов в Fеα-железе и имеет решетку ОЦК. Максимальное содержание углерода в феррите 0.02. Он мягок и пластичен.
Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в Fеγ-железе – 2,14% C и имеет решетку ГЦК. Для аустенита характерна высокая пластичность и низкий предел прочности.
Цементит - это химическое соединение углерода с железом (карбид железа – Fе3C). В цементите содержится (6,67%С). Цементит обладает высокой твердостью (НV 1000) и очень низкой пластичностью. Хрупок. Цементит является неустойчивой фазой и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода а виде графита.
Графит - это углерод находящийся в свободном виде в железоуглеродистых сплавах. Графит легок, обладает высокой электропроводимостью, имеет металлический блеск.
Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом приведена на рис.3.4 Она построена в интервале концентраций углерода от 0 до 6,67 %, т. е, до образования химического соединения карбида железа Fe3C, который ведет себя как самостоятельный компонент. Поэтому компонентами железоуглеродистых сплавов можно считать железо и карбид железа.
Сплавы, содержащие менее 0,02%С, называют техническим железом . Сплавы, содержащие до 2,14% С, называют сталями. Сплавы содержащие углерода более 2,14%, называют чугунами. Стали с содержанием углерода до 2,14%С. При нагревании выше линии GSE они состоят только из аустенита. Аустенит пластичен, поэтому стали легко деформируются. В структуре чугунов имеется эвтектика (ледебурит), что и делает их очень хрупкими.
Линия GS при охлаждении соответствует температурам полиморфного превращения аустенита в феррит. Точки, образующие линию GS принято обозначать А3. При этом температуру соответствующую началу превращения при охлаждении обозначают Ac1 превращение при нагревании Ас3.
SE - линия предельной растворимости углерода в аустените. При охлаждении она соответствует температурам начала выделения вторичного цементита из аустенита, а при нагреве к концу растворения вторичного цементита в аустените. Линию SE, принято обозначать Ас3.
GP -при охлаждении соответствует температурам конца превращения аустенита в феррит, а при нагревании - превращения феррита в аустенит.
PSK – линия эвтектоидного превращения (точки Ac1). При охлаждении соответствует распаду аустенита (0,8% С) с образованием эвтектоидной ферритноцементитной смеси, получившей название перлит.
В соответсвии с диаграммой Fе- Fе3C, различают три группы мателиалов: техническое железо, стали, чугуны.
Техническое железо - сплавы, содержащие менее 0,02%С (точка P). После охлаждения они имеют структуру феррита или феррита и третичного цементита.
Доэвтектоидные стали - сплавы, содержащие от 0,02 до 0,8% С (точки P и S). И состоит из феррита и перлита. Перлит обычно имеет пластинчатое строение, т.е. состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита.(рис.3.4, рис.3.5)
Эвтектоидные стали –сплавы, содержащая 0,8% С(точкаS). .(рис.3.4, рис.3.5).Они имеют в структуре только эвтектоид - перлит.
Заэвтектоидные стали -сплавы содержащие свыше 0.8% до 2,14%С. Они состоят из вторичного цементита и перлита.(рис.3.4, рис.3.5)
Рис. 3.5 –Схемы микроструктур углеродистых сталей.
ЛЕКЦИЯ 4
1. Сущность обработки металлов давлением
1. Пластическая деформация. Обработка металлов давлением основана на использовании одного из основных свойств металлов — пластичности. Она проявляется в необратимом изменении формы и размеров тела под
действием внешних сил без нарушения его целостности, которое сопровождается изменением структуры и механических свойств металла.
Пластическая деформация заключается в перемещении атомов относительно друг друга на расстояния больше межатомных из одних равновесных положений в новые. При перемещении атомов в одной кристаллографической плоскости без изменения расстояний между этими плоскостями силовое взаимодействие атомов не исчезает и деформация протекает без нарушения сплошности тела. При перемещении атомов по определенным плоскостям кристаллической решетки происходит скольжение (сдвиг) одной части кристалла относительно другой (рис. 4.1, а). Однако этот сдвиг происходит не при одновременном смещении атомов, а путем постепенного перемещения микроскачками вдоль плоскости скольжения несовершенств (дефектов) кристаллического строения. При одновременном сдвиге одной части кристалла относительно другой потребовались бы напряжения, в сотни и тысячи раз перевышающие наблюдаемые при деформации реальных металлов.
При пластической деформации в отличие от упругой нет линейной зависимости между напряжениями и деформациями.
2. Особенности и область применения обработки давлением.
Получение заготовок деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых размеров и форм при обработке давлением достигается пластическим перемещением
Рисунок 4.1 –Схема скольжения и изменения макроструктуры металла при его деформировании.
(сдвигом) частиц металла. В этом заключается основное отличие и преимущество обработки давлением по сравнению с обработкой резанием, при которой форма изделия получается удалением части заготовки. Поэтому обработка давлением характеризуется малыми отходами металла. Вместе с тем она является высокопроизводительным процессом, так как изменение размеров и формы заготовки достигается однократным приложением внешнего усилия. Указанные особенности обусловливают непрерывное возрастание роли обработки давлением в машиностроении. Обработке давлением подвергают около 90 % всей выплавляемой стали и свыше 50 % цветных металлов.
Дата добавления: 2016-10-17; просмотров: 1300;