Твердые растворы и промежуточные фазы. Влияние состава на свойства твердых растворов.

 

Основы теории сплавов.

 

Сплав – вещество, содержащее в своем составе два или более компонентов, по крайней мере один из которых – металл.

 

Компонент – химическое вещество, входящее в состав сплава.

 

В дальнейшем будем рассматривать двойные сплавы.

 

Различные типы кристаллических сплавов.

 

1. Твердые растворы – кристаллы, у которых один из компонентов образует собственную кристаллическую решетку, а второй присутствует в виде отдельных атомов, то есть собственной кристаллической решетки не имеет. Первый компонент называют растворителем, а второй – растворенным компонентом.

 

Выделяют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.

 

В твердых растворах внедрения – атомы растворенного вещества находятся в межатомных промежутках растворителя.

 

Особенности:

 

– растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);

 

– ограниченная растворимость;

 

В твердых растворах замещения – атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки.

 

Особенности

 

– растворенное вещество такого же типа, как и растворитель (атомы близки по размеру);

 

– часто имеют неограниченную растворимость;

 

2. Химические соединения. Кристаллы, в структурах которых атомы двух компонентов образуют химическую связь.

 

Особенности:

 

– сложная кристаллическая решетка, в которой оба компонента занимают строгоопределенные места;

 

– постоянный химический состав (стехиометрический) металл-неметалл;

 

3. Интерметаллидные соединения – химические соединения между двумя металлами. МеnМеm.

 

Особенности:

 

– постоянный состав;

 

– способность образовывать твердые растворы (внедрения);

 

2. Конструкционные стали, выбор которых определяется технологичес кими свойствами: стали с высокой обрабатываемостью резанием, свариваемостью, штампуемостью. Состав, марки, обработка, применение.

 

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали).

 

Стали с повышенной обрабатываемостью резанием

 

Наиболее часто применяют автоматные стали А12, А20, А40, имеющие повышенное содержание серы (0.08-0.3%), фосфора (<=0.05%) и марганца (0.7-1.0%). Сталь 40Г содержит 1.2-1.55% Mn.

 

Фосфор, повышая твердость, прочность и охрапчивая сталь, способствует образованию ломкой стружки и получению высокого качества поверхности.

 

Стали обладают большой анизотропией механических свойств, склонны к хрупкому разрушению, имеют пониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяют лишь для изготовления неответственных изделий - преимущественно нормалей или метизов.

 

Стали для холодной штамповки

 

Для обеспечения высокой штампуемости отношение sв/s0.2 стали должно быть 0.5-0.65 при y не менее 40%. Штампуемость стали тем хуже, чем больше в ней углерода. Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость, особенно способность стали к вытяжке. Поэтому для холодной штамповки более широко используют холоднокатаные кипящие стали 08кп, 08Фкп (0.02-0.04% V) и 08Ю (0.02-0.07% Al).

Билет20 1. Диаграмма состояния двойных сплавов с ограниченной переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Термическая об работка сплавов этой диаграммы.

 

Диаграмма состояния и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рис.5.5.

 

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);

 

2. Число фаз: f = 3 (жидкая фаза и кристаллы твердых растворов (раствор компонента В в компоненте А) и (раствор компонента А в компоненте В));

 

3. Основные линии диаграммы:

 

· линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;

 

· линия солидус аdcfb, состоит из трех участков;

 

· dm – линия предельной концентрации компонента В в компоненте А;

 

· fn – линия предельной концентрации компонента А в компоненте В.

 

4. Типовые сплавы системы.

 

При концентрации компонентов, не превышающей предельных значений (на участках Аm и nВ), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам твердым растворам с неограниченной растворимостью, см кривую охлаждения сплава I на рис. 5.5 б. При концентрации компонентов, превышающей предельные значения (на участке dcf), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам механическим смесям, см. кривую охлаждения сплава II на рис. 5.5 б.

 

Рис. 5.5 Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения типичных сплавов (б)

 

Сплав с концентрацией компонентов, соответствующей точке с, является эвтектическим сплавом. Сплав состоит из мелкодисперсных кристаллов твердых растворов и, эвт. (кр. тв. р-ра + кр. тв. р-ра)

 

Кристаллы компонентов в чистом виде ни в одном из сплавов не присутствуют.

 

2.Выбор конструкционных материалов для валов и осей в зависимости от уровня требуемых усталостной прочности, износостойкости, специальных свойств, способы повышения конструкционной прочности валов и осей.

 

Для валов применяются стали нормально прочности с поверхностным упрочнением, - это сруднеуглеродистые (0.3-0.6%) улучшаемые стали. Легирующие элементы: Хром, Марганец. ТО – закалка + высокий отпуск. Структура C+лиспесные спуцкорбиды+ценемтит зернистый. Свойства: высокая σв и σ-1. Т50, хорошая прокаливаемость