Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам




НазваниеКурс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам
страница5/24
Дата публикации13.08.2013
Размер2.37 Mb.
ТипДокументы
shkolnie.ru > Физика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

^ Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей.


В качестве легирующих наиболее часто используют следующие элементы: Cr, Ni, Mn, Si, Mo, W, V, Ti, Co, Nb. Реже используются Al, Cu, B и некоторые другие.
Почти все легирующие элементы изменяют:

  • температуру полиморфных превращений железа;

  • температуру эвтектойдной и эвтектической реакций;

  • растворимость углерода в аустените;

  • взаимодействия с углеродом образуют карбиды;

  • взаимодействия друг с другом или с железом образуют интерметаллиды.


Принято температуры равновесных превращений, совершающихся в железе и сталях в твёрдом состоянии, обозначать буквой ^ А с соответствующим индексом. При нагреве – индекс с, при охлаждении – r. Магнитные превращения не имеют гистерезиса.
А0 – т. Кюри, магнитное превращение в цементите. Т = 2300С

А1 – эвтектойдная температура, линия РSК. Т = 7270С

А2 – т. Кюри, магнитное превращение в феррите. Т = 7680С

А3 – температура полиморфного превращения, линия GS. γ → α

А4 – температура полиморфного превращения, линия NJ. δ → γ

Асm – температура ограниченной растворимости углерода в аустените, линия SE.
По влиянию на температуры А3 и А4 легирующие элементы можно разбить на две группы:

  • в первую группу входят элементы, которые понижают А3 и повышают А4. К ним относятся Ni, Mn, C, N и др. Такие сплавы называют – аустенитными сталями.

  • во вторую группу входят элементы, которые повышают А3 и понижают А4. Таких элементов большинство Cr, Mo, W, V, Si, Ti и др. Такие сплавы называют – ферритными сталями.




Замкнутая α – область Замкнутая γ – область Замкнутые α и γ– области


Карбиды в легированных сталях. В сталях карбидообразующими являются следующие элементы: Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ti. 1 – 2% карбидообразователей не приводит к образованию карбидов, образуется только легированный цементит, мало отличающийся по свойствам от обычного цементита.

^ Легированный цементит записывают обычно как (Fe, Cr)3 С или (Fe, Mn)3 С или в общем виде Ме3С.

Сильные карбидообразователиMo, W, V, Ti – образуют с углеродом фазы внедрения. При этом чаще всего карбиды имеют формулу МС или М2С. Фазы внедрения, отличающиеся очень высокой тугоплавкостью, практически нерастворимы в аустените. Для распада и растворения таких фаз, сталь необходимо нагревать до температур ~ 1300оС. Вследствие нерастворимости фаз внедрения происходит обеднение аустенита углеродом при легировании стали сильными карбидообразователями.
Таким образом, в зависимости от легирующего элемента и его количества в структуре легированных сталей могут встретиться следующие типы карбидов:

  • хорошо растворимые в аустените карбиды типа М3С;

  • трудно растворимые карбиды типов М7С3, М23С6, М6С;

  • почти нерастворимые в твёрдом состоянии карбиды типа МС.


Влияние легирующих элементов на температуры фазовых превращений сталей при нагреве и на состав точек S и Е диаграммы.

Под влиянием легирования изменяется положение узловых концентрационных точек диаграммы Fe – Fe3C. Большинство легирующих элементов уменьшает растворимость углерода в аустените при всех температурах, что равносильно сдвигу линии SE влево, в сторону меньших концентраций углерода.

Максимальная растворимость углерода в аустените (точка Е) наиболее резко уменьшается под влиянием элементов, замыкающих γ – область в безуглеродистых сплавах: Cr, Si, W, V, Ti. Очевидно, что в присутствии этих легирующих элементов ледебурит в структуре сплава появится при меньших концентрациях углерода, чем не в легированных железоуглеродистых сплавах. Например, в стали, легированной 10 – 11% Cr, ледебурит появляется в структуре при содержании углерода ~ 1%. Характерно, что небольшое количество ледебуритной эвтектике при пониженном содержании углерода не снижает способности сплава обрабатываться давлением в горячем состоянии, тогда как нелегированный белый чугун (С > 2,14%) теряет способность к обработке давлением даже при малых количествах эвтектической составляющей структуре.

В связи с этим легированные стали, содержащие ледебуритную составляющую, относятся к сталям, а не к белым чугунам и классифицируют как ледебуритные.

^ Формирование структуры

деформированных металлов и сплавов



  1. Пластическая деформация моно- и поликристаллов.


Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних (иногда внутренних напряжений) сил.

Деформацию подразделяют на:

  • упругую (обратимую);

  • пластическую (необратимую или остаточную).

Способность металлов пластически деформироваться называют пластичностью. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности, при холодном деформировании повышается прочность, но уменьшается пластичность. Пластичность обеспечивает конструкционную прочность деталей под нагрузкой и нейтрализует влияние концентраторов напряжений.
Диаграмма растяжения металлов.


Напряжения

Истинные

Условные

Нормальные

S

σ

Касательные

t

τ




т.1 – предел пропорциональности (прямолинейный участок), тангенс угла наклона этого участка характеризует модуль упругости, Е.
т.2 – предел упругости, нарушается линейная зависимость между нагрузкой и деформацией из-за упругих несовершенств материала, связанных с дефектами решётки. Предел упругости – важная характеристика пружинных материалов, которую используют для упругих элементов приборов и машин.
т.3 – предел текучести (условный) – это напряжение, которому соответствует пластическая деформация 0,2%; его обозначают σ0,2. Предел текучести (физический) σт определяется по диаграмме растяжения, когда на ней имеется площадка текучести. Так как металл упрочняется в процессе деформирования, то наступает момент, когда выбрана вся пластичность и для дальнейшей деформации требуется повышения напряжений. Упрочнение металла при деформировании называют наклёпом.
т.4 – предел прочности (временное сопротивление) σв характеризует максимальную несущую способность материала, его прочность, предшествующую разрушению,
σв = Р/F0


Пластичность характеризуется относительным удлинением δ и относительным сужением ψ:
δ = [(lк – l0) / l0 ] * 100, ψ = [(F0 –Fк) / F0 ] * 100.
Допустимые напряжения, которые используют в расчётах, выбирают меньше σ0,2 (обычно в 1,5 раза) или меньше σв (в 2,4 раза).


Ударная вязкость - сопротивление материала разрушению при динамических нагрузках. Её определяют как удельную работу разрушения призматического образца с концентратором (надрезом) посредине одним ударом маятникового копра: КС = К/Sо (К – работа разрушения; S – площадь поперечного сечения образца в месте концентратора).

Ударную вязкость (МДж / м2) обозначают КСU, KCV, КСТ. Буквы КС означают символ ударной вязкости, U, V, T – вид концентратора.


Механизм пластической деформации
Пластическая деформация в монокристалле осуществляетя путём сдвига одной части кристалла относительно другой. Сдвиг вызывает касательные напряжения, когда их значение превышает критическое τк.

Имеется две разновидности сдвига: скольжение и двойникование.

Скольжение – основной вид сдвига в металлах и сплавах. Деформация двойникованием представляет собой перестройку части кристалла в новое положение, зеркально симметричное к его недеформированной части и наблюдается лишь при низких температурах или высоких скоростях деформирования.
^ Элементарный акт сдвига – это смещение одной части кристалла относительно другой на одно межатомное расстояние.


В идеальном кристалле, в котором нет дефектов структуры, в скольжении должны одновременно участвовать все атомы, находящиеся в плоскости сдвига. Для такого синхронного «жёсткого» сдвига требуется, как показывают расчёты, критическое касательное напряжения равное теоретической прочности кристалла. В реальных кристаллах для сдвига на одно межатомное расстояние требуется напряжение в 1000 раз меньше теоретического значения. Низкая прочность реальных кристаллов обусловлена их структурным несовершенством.
^ Пластическая деформация в реальных кристаллах осуществляется путём последовательного перемещения дислокаций.


При постоянно действующем напряжении дислокация как бы по эстафете передаётся от одной атомной плоскости к другой, последовательно вытесняя при этом каждый соседний «правильный» ряд атомов. Процесс повторяется до тех пор пока дислокация не выйдет на поверхность кристалла, образуя ступеньку. Высота ступеньки при этом увеличивается пропорционально числу дислокаций, выходящих на поверхность кристалла. Ступенька, видимая под микроскопом, называется линией скольжения.

Деформация развивается неоднородно, линии скольжения располагаются на различном расстоянии друг от друга. Группы близко расположенных линий скольжения образуют полосы скольжения.

Начальную стадию деформации называют стадией лёгкого скольжения. С ростом деформации скольжение распространяется на другие системы, и возникает множественное скольжение. На этой стадии дислокации перемещаются в пересекающихся плоскостях; возрастает сопротивление их движению, и образуется сложная дислокационная структура (сетки дислокаций). Плотность дислокаций может достигать от 108 до 1012 см -2 (более высокую плотность получить нельзя из-за появления трещин и разрушения металла). Чем больше дислокаций, тем труднее деформируется металл.
^ Таким образомв основе упрочнения металла при деформировании лежит, прежде всего, повышение плотности дислокаций.

Пластическая деформация поликристаллических кристаллов.
При деформировании поликристаллов отсутствует стадия лёгкого скольжения, деформация зёрен начинается сразу по нескольким системам скольжения и сопровождается изгибами и поворотами плоскостей скольжения. Пока общая деформация мала, порядка 1%, зёрна деформируются неоднородно в силу их разной ориентации по отношению к приложенным нагрузкам. С ростом деформации различия между зёрнами уменьшаются и изменяется микроструктура: зёрна постепенно вытягиваются в направлении пластического течения (образуется волокнистая структура).

При значительной деформации в металле появляется кристаллографическая ориентация зёрен, которая называется текстурой деформации. Текстура деформации – это результат одновременного деформирования зёрен по нескольким системам скольжения. Она зависит от вида деформирования, кристаллической структуры металла, наличие примесей и условия деформирования.

^ Текстура деформации делает металл анизотропным.

Деформирование двухфазных сплавов.
У двухфазных сплавов характеристики прочности выше, а пластичности ниже по сравнению с однофазными. При равных условиях в двухфазных сплавах образуются более сложные текстуры деформации. Процесс деформирования двухфазных сплавов зависит не только от свойств второй фазы и её содержания в сплаве, но и характера распределения этой фазы в структуре. Если хрупкая вторая фаза располагается в виде непрерывной сетки по границам зёрен, то сплав окажется хрупким. Если такое же количество второй фазы разместится в виде отдельных зёрен в пластичной матрице, то сплав сохранит пластичность, а присутствие второй фазы проявится в упрочнении.


Свойства пластически деформированных металлов.
В результате холодного пластического деформирования металл упрочняется, изменяются его физические и механические свойства. Свойства наклёпанного металла изменяются тем сильнее, чем больше степень деформации.
При деформировании:

  • увеличиваются прочностные характеристики (твёрдость, предел прочности, текучести, упругости);

  • понижаются пластичность и вязкость;

  • возрастают удельное электрическое сопротивление, коэрцитивная сила;

  • понижаются магнитная проницаемость, статочная индукция и плотность металла.

Наклепанные металлы легче корродируют и склонны к коррозионному растрескиванию.

Образования текстуры деформации вызывают анизотропию свойств.
^ Несмотря на снижение пластичности, наклёп широко используют для повышения прочности деталей, изготовленных методами холодной обработки давлением.

Снижение пластичности при наклёпе улучшает обрабатываемость резанием вязких и пластичных материалов (латуней, сплавов алюминия и др.).

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

Похожие:

Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconТехнология сбис курс лекций. Объем 36 часов. Составитель: доцент коф петрГУ
Преимущества кремниевой технологии. Требования к кремнию как к материалу для микроэлектронной промышленности
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций Валерий Васильевич Вандышев Уголовный процесс. Курс лекций...
В 17 Уголовный процесс. Курс лекций. — Спб.: Питер, 2002. — 528 с. — (Серия «Учебники для вузов»)
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций по предмету “Материаловедение и ткм”
Износостойкость в больше,чем при шлифовке. Для коленчатых валов предел выносливости повышается на. 48
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconЛекция психосексуальное развитие. Возрастная динамика взаимоотношения полов 15
Основы семейной психопедагогики (курс лекций) / В. И. Короткий. — Архангельск: М'арт, 2003. — 178 с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций москва издательство "юридическая литература" 1997
Атаманчук Г. В. Теория государственного управления. Kvpc лекций — М.: Юрид лит., 1997. — 400 с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций Харьков 2002 Рецензенты: директор Института социальных...
Курс лекций по истории политических и правовых учений подготовлен в соответствии с программой данной дисциплины, с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconНа научно-образовательный материал «Курс видео-лекций по дисциплине...
Рассматриваемый курс видео-лекций может быть использован в системе повышения квалификации специалистов электроэнергетического профиля,...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconУтверждаю: Ректор университета, В. А. Колесников “ 5“
Преподавание курса осуществляется на 4-ом или 5-ом семестрах при общем объеме, равном 102 часам, который включает 16 часов лекций,...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций москва инфра-м 2002 Кононенко Б. И. Основы культурологии: Курс лекций. М.: Инфра-м
В нем в доступной форме раскрываются и выделяют­ся шрифтовой гаммой основные категории и пеня;!' I, что позволит сту­дентам быстро...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconПрограмма элективного курса
Курс «История сословий в России» рассчитана на 17 часов для изучения в 10 классе профильной школы. Он охватывает период с IX до конца...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница