Контрольная работа по "Материаловедению"

Шпоры по материаловедению.

Наиболее распространенные структуры ЭЛ:

1. кубическая (а=в=с, все углы по 90)
2. тетрагональная (а=в<>с, все углы по 90)
3. гексагональная (а=в<>с, два угла по 90, один 120)

Параметры кристаллической  решетки:

1. n – число частиц приходящихся на одну ЭЛ
2. k – координационное число
3. h - коэфф. компактности

Виды связей:

1. металлическая (Ме + Ме) – высокая теплопроводность, специфический блеск, связь не направлена, плотноупакованная кр. решетка.
2. ионная (Ме + неМе) – характерна для неорганич. химических соединений Ме с неМе: О, F, Cl, строгое чередование ионов разного знака, тип КР зависит  от соотношения радиусов:

r1/r2	0.22-0.41	0.41-0.73	0.73-0.94
К (координац. число)	4	6	8

 

3. ковалентная (Ме + Ме) – рыхлая структура, полупроводники, графит (алмаз).
4. молекулярная (при взаимодействии любых частиц) – силы Ван-дер-Ваальса

Наиболее устойчивой кристаллической структурой является та, которая обладает минимумом свободной  энергии: G=H – TS;

Способы получения сплавов:

1. сплавление нескольких Ме.
2. прессованием и спекание порошков
3. плазменным напылением
4. конденсацией паров компонентов в вакууме

Виды фаз:

1. твердые растворы (ТР) – размерный фактор, неограниченная растворимость, валентность.

• замещения

• внедрения

2. промежуточные фазы (ПФ)

Строение реальных кристаллов:

Виды дефектов:

1. точечные – вакансии, атомы внедрения, атомы примесей.
2. линейные – краевые, винтовые (вектор Бюргерса).
3. поверхностные – границы блоков, зерен.

Зернограничное  упрочнение описывается уравнением Холла-Петча: s _т=s_о+k/Öd_зерна

4. Объемные дефекты – раковины, поры, Ме включения, трещины.

Деформации: (механизм образования – сдвигово-дислокационный, скольжение, двойникование)

1. по величинам напряжений:

• упругая

• пластическая

2. по величине температуры

• горячая
• холодная

Источники Франка-Рида: количество дислокаций увеличивается с 10⁶ до 10¹² 1/см²

Стадии ПД: (график)

1. возврат – (0,1 – 0,3Тпл)без изм. строения Ме, частично снимаются искажения кр. решетки и внутр. напряжения.

• отдых – невысокий нагрев (0,2Тпл), достаточный для движения дислокаций.

• полигонизация - (0,3Тпл),перестройка дислокаций, образование ими субграниц.

2. Первичная рекристаллизация – процесс образования новых равноосных зерен с низкой плотностью дислокаций в интевале(интервале температур). ПД по отношению к T_рек делиться на: холодную (ниже T_рек), горячую (выше T_рек).

T_рек зависит от:

• энергии межатомных связей
• степени пластической деформации
• наличия легирующих элементов

Аморфизация кристаллов – происходит при больших скоростях  охлаждения: 10^-7…10^-9 ; наибольшее практическое применение имеют аморфные структуры Ме с Ме: С, В, Р, и т. д.

Свойства аморфных сплавов:

1. высокая коррозионная стойкость
2. высокая магнитная мягкость + рост плотности.

Вторичная перерекристаллизация – это перерекристаллизация Ме в  твердом состоянии; наблюдается  у Ме, обладающих полиморфизмом. В основе ее лежат аллотропические превращения, состоящие в изменение типа КР.

Аллотропические превращения протекают при постоянной температуре.

Правило Курнакова – в областях где сплавы имеют структуру твердого раствора, свойства изменяются по закону кривой линии, а где смеси твердых растворов, свойства изменятся по закону прямой линии.

Ф и А –  растворы переменной концентрации. Процент  углерода в них изменятся по линиям PQ и ES, лишний углерод выделятся в виде цементита. Виды цементита:

1. первичный цементит – выделятся по линии CD из L;
2. вторичный цементит – выделятся по линии ES из А;
3. третичный цементит – выделятся по линии PQ из Ф;

Виды сталей:

1. эвтектоидная (С – 0.8%)
2. доэвтектоидная (С < 0.8%) – конструкционные стали.
3. заэвтектоидная (С > 0.8%) – инструментальные стали.

Чугуны: белые, серые, ковкие, высокопрочные.

Белые:

1. доэвтектоидные (С < 4.3%) – П + вторичный цементит + ледебурит;
2. эвтектоидные (С – 4.3%) – ледебурит;
3. заэвтектоидные (С > 4.3%) – цементит + ледебурит;

Белые чугуны имеют  высокие литейные свойства, но из-за наличия цементита, они очень хрупки и тверды, поэтому они не применятся.

Серые:

Они имеют самую  неблагоприятную форму графита (пластинчатую). Для образования в стр-ре СЧ графита  при кристаллизации, в состав вводят графитизаторы: Fe – C – Si. СЧ плохо работают на р., хорошо на с., хуже на изгиб, поэтому СЧ маркируют по линиям прочтонсти.

ГОСТ1412-85

СЧ10, СЧ15 (s=100; s=150)	Ф + графит	слабо нагруженные  детали
СЧ20, СЧ25	П + Ф + графит	зубчатые колеса, станины станков
СЧ30, СЧ35	П + графит

Высокопрочные:

Модифицируют  магнием + Mg, в результате чего образуется шаровидный графит (менее острый концентратор напряжений), а значит повышаются механические свойства.

ГОСТ7293-85

ВЧ35, ВЧ40	Ф + шаровидный графит	Прокатные станы, кузнечно – прессовое оборудование, лопатки турбин.
ВЧ45, ВЧ50	П + Ф + шаровидный графит
ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100	П + шаровидный графит

 

ВЧ могут успешно  заменят сталь.

Ковкие:

Их получают отжигом отливок из белого доэвтектического чугуна (при t=900…1000 в течении 80 – 120 ч.) Цель отжига вызвать распад цементита – углерод отжига.

 

Ферритные КЧ:		Перлитные КЧ:
КЧ30-6	Ф+С	КЧ45-7	П + С(отпуска)
КЧ33-8	Ф+С	КЧ60-3	П + С(отпуска)
КЧ35-10	Ф+С	КЧ80-1.5	П + С(отпуска)
КЧ37-12	Ф+С

Влияние ЛЭ на равновесную  стр-ру сталей:

1. Ni, Mn, Co, Cu, N – расширяющие область аустенита.
2. Cr, Si, V, Mo,W,Ti - расширяющие область феррита.

Виды и факторы  воздействия ТО:

1. скорость нагрева
2. время нагрева, и выдержки.
3. скорость охлаждения

• отжиг – медленное охлаждение для получения равновесной структуры, свободной от внутр. напряжений

• закалка – резкое охлаждение для получения неравновесной стр-ры и упрочнения
• отпуск – повторный невысокий нагрев закаленной детали, для снятия ост. напряжений вызванных закалкой.

Выбор обработки  зависит от видов превращения, которые испытывает сплав в твердом состоянии:

1. группа сплавов не имеющих превращения в тв. состоянии. К таким сплавам применяют различные виды отжига.

• рекристаллизационный  (РО) – полное снятие внутренних напряжений, восстановление пластичности.

• низкий отжиг – для снятия внутренних напряжений, повышение стабильности, коррозионного растрескивания и разрушения.

2. группа сплавов имеющих превращения в тв. состоянии.

• участок аb – т. н. деформируемые сплавы (алюминиевые типа Д1, Д6, Д16, магниевые МА5, МА6, жаропрочные на основе Fe, Ni, Co)
• участок cd – хрупкие сплавы, используют в виде отливок.
• Типы выделений:
• зоны Генье – Престона (ГП) – решетка такая же как и у раствора, поэтому энергия образования минимальна.
• кристаллы метастабильной фазы (МСФ) – своя решетка, более простая чем у стабильной фазы
• кристаллы стабильной фазы (вторичная фаза) – сложная решетка

Для таких сплавов  максимальное упрочнение достигается  при: закалка + ХПД + старение

3. группа сплавов с эвтектоидным превращением (стали, титановые, алюминиевые сплавы, бронзы)

Виды ТО стали:

1. отжиг (РО, ПО-перекристаллизационный отжиг (измельчение зерна, снятие внутренних напряжений) – для доэвтектоидных конструкционных сталей, сфероидизирующий отжиг (с получением зернистого П) – для инструментальных сталей)
2. нормализация – вид термической обработки сталей при которой ее нагревают до: А3+ (30-50), выдерживают и охлаждают на воздухе, таким образом обрабатывают часть констр. сталей.

Структура после  Н. зависит от содержания углерода:

C<0.3%	Ф + П
C=0.3...06.%	Ф + П(сорбитообразный)
C>0.6%	C(пластинчатый)

3. закалка – Цель: получение мелкопластинчатого маренсита, который обеспечивает высопрочное состояние.
4. отпуск – вид ТО при котором закаленную сталь нагревают не выше А1, выдерживают 2-3 часа и охлаждают на воздухе. Операция окончательно формирующая структуру и свойства сплава.

• низкий (НО) – 150 – 250 – М. отпуска

а) Fe_a(C’) ® Fe_a (C’’) + e - карбид; С’ > C’’

в) аустенит ® мартенсит

Подвергаются  детали работающие при трении (цементир. ЗК, втулки, кулачки)

 

• средний (СО) – 350 – 450 – Т. отпуска

Выделятся весь углерод, который пересыщал решетку  Ф: e - карбид ® Fe₃C (мелкие зерна). Образуется смесь Ф. и дисперсных частиц, ее называют Т(отпуска), полностью снимаются закалочные напряжения.

СО подвергают – пружины, рессоры, упругие элементы.

• высокий (ВО) – 500 – 650 – С. отпуска

Происходит укрупнение частиц Ц, уменьшение дисперсности Ф-Ц  смеси. Такая структура хорошо противостоит трещинам – детали работающие на усталость.

ХТО сталей:

Структура	D, мкм	НВ	s	d
П	1…0.5	180 - 250	850	16
С	0.4…0.2	250 – 350	1000	12
Т	0.1 и менее	350 - 450	1200	8

Материалы эффективно снижающие Vкр – Mn - Si, Mn – Cr, Cr – Ni, Cr – Ni – Mo.

Цементация	C	упрочнение
Азотирование	N	упрочнение
Нитоцементация	N + C	упрочнение
Борирование	B	повышение коррозионной стойкости
Хромирование	Cr	повышение коррозионной стойкости

1. Цементация

Подвергают низкоуглеродистые  стали (С=0.1…0.3%), которые слабо упрочняются  при закалке.

Ц. проводят при  высоких температурах (900 - 950)

Характеристики  слоя – толщина, эффективная толщина, поверхностная концентрация.

Виды Ц:

• твердая
• газовая
• ионная

2. Азотирование

Процесс проводят при 550…600 в атмосфере аммиака.

Особенности:

• требуются специальные стали, содержащие ЛЭ (Сr, V, W, Mo…) образующие с азотом нитриды: 40Х, 40ХФ, 38Х2МЮА
• тонкий слой азотирования
• длительный процесс

3. Нитроцементация

• низкотемпературная НТ – аналогична N, t < 550…600
• ВНЦ, при t > A3