Диаграммы состояния

Диаграммы состояния показывают изменения фазового состояния сплавов при изменении их состава и температуры, а также позволяют предсказывать свойства сплавов. Связь между составом сплава и его свойствами для различных типов диаграмм состояния впервые была установлена Н. С. Курнаковым и получила название закономерностей Курнакова.

При изоморфности кристаллических решеток, близости строения валентных электронных оболочек атомов и малой разнице в размерах атомов в твердом состоянии элементы образуют неограниченные твердые растворы.

Верхняя линия на диаграмме состояния представляет собой геометрическое место точек начала кристаллизации или конца плавления - линию ликвидус. Выше этой линии все сплавы находятся в однофазном - жидком состоянии. Нижняя линия является геометрическим местом точек конца кристаллизации или начала плавления - линия солидус. Ниже этой линии все сплавы также в однофазном - твердом состоянии.

16.

17.

Железо и углерод - элементы полиморфные. Железо с температу­рой плавления 1539 ос имеет две модификации - а и [. МодификацияFea существует при температурах до 911 ОС и от 1392 до 1539 ОС, имеетОЦК решетку с периодом 0,286 нм (при 20 - 25 ОС). Важной особенностьюFea является его ферромагнетизм ниже температуры 768 ОС, называемой то'Ч'II:ОЙ Кюри.

Модификация Fe~ существует в интервале температур от 911 дО 13920С, и имеет ГЦК решетку, период которой при 911 ос равен 0,364нм.

ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК. В связи с этим при

Fea FtFе~ объем железа уменьшается приблизительно на 1 %. Fe")' па­рамагнитно.

Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его ме­тастабильную модификацию. При. высоких давлениях и температурахстабильным становится алмаз. (Это используют при получении синте­тических алмазов.)

Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий рщ:­твор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.

Феррит (обозначают Ф или а) - твердый раствор внедрения углеро­да в Fea. Различают низкотемпературный и высокотемпературный фер­рит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном ферритесоставляет лишь 0,02 %, в высокотемпературном - 0,1 %. Столь низкаярастворимость углерода в Fea обусловлена малым размером межатомныхпор в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена раз­мещаться в дефектах (вакансиях, дислокациях). Феррит - мягкая, пла­стичная фаза со следующими механическими свойствами: О'в = 300 МПаj /j = 40 %; 7/J = 70 %; КСU = 2,5МДж/м2; твердость - 80 - 100 ИВ.

Аусте1lитl (обозначают А или,) - твердый раствор внедрения углерода в Fe'Y' Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Fe'Y зна­чительно больше и достигает 2,14 %. Аустенит пластичен, но прочнееферрита (160 - 200 ИВ) при 20 - 25 ос.

Це.ме1lтит (обозначают Ц) - карбид железа (почти постоянного со­става) FезС, содержит 6,69 % С и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит TBepJ!:J800 ИВ) и хрупок. Он слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при 210 ос. Температуру пла­вления цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. При нагреве лазерным лучом она установлена равной 1260 ОС..

Графит - углерод, выделяющийся в железо углеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую реш~тку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок.

18.

Под воздействием приложенных из вне нагрузок металлы могут деформироваться в упругой области (без остаточных явлений), а именно без изменения размеров и деформироваться пластически, когда изменяется форма и размеры деформируемого металла.

Упругая деформация характеризуется двумя модулями: модуль Гука (модуль нормальной упругости) и модуль Юнга (модуль касательной упругости). В модуле Гука атомы стремятся по нормали, во втором случае – по касательной.

Естественно, учитывая силы межатомного взаимодействия, модуль Гука будет в несколько раз больше модуля Юнга и они не являются структурно-чувствительными свойствами.

Пластическая деформация может проходить по двум механизмам: скольжения и двойникования.

При реализации механизма скольжения часть кристалла смещается по отношению к другой под воздействием напряжений, превышающих критическую величину.

При чем это скольжение осуществляется по так называемым плоскостям скольжения. Каковыми являются плоскости наиболее упакованные атомами.

Деформация по механизму двойникования заключается в смещении одной части кристаллов в зеркальное отражение по отношению к другой по, так называемым, плоскостям двойникования. Точнее в этом случае смещение происходит за счет разворота части кристаллической решетки.

Деформация двойникования также как и скольжения осуществляется при прохождении дислокации через кристалл. Практически любой металл деформируется сразу по двум механизмам с преобладанием какого-либо одного.

19.

Если специально приготовленный образец подвергнуть растяжению на машине и записать на диаграммной ленте все изменения, которые будут происходить с ним, то получим кривую, которая называется кривой растяжения.

В первоначальный момент образец растягивается без деформации, т.е. в упругой области. Это имеет место при напряжении s_пц. При растяжении большем s_пц. Пропорциональность степени напряжения и деформации нарушается.

s_пц – получила название предел пропорциональности, который равен:

s_пц=Р_пц/F_о, Мпа

При деформации металла, в процессе повышения нагрузки, на кривой растяжения может появиться площадка, нагрузка при которой металл деформируется без приложенных дополнительных усилий, называется пределом текучести (физический):

s_т=Р_т./F _о, МПа

Деформированием сплавов, у которых отсутствует площадка текучести вводят характеристику, называемую условным пределом текучести.

s₀₂ – это усилие, которое вызывает остаточную деформацию 0,2%;

s_в – предел прочности на растяжение – это максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца.

Помимо характеристик прочности из кривой растяжения можно выделить характеристики пластичности:

d - относительное удлинение;

y - относительное сужение.

К характеристикам прочности материалов относятся также и твердость. Под твердостью понимается сопротивление материалов проникновению в него посторонних тел (индентора).

Из наиболее распространенных методов измерения твердости металлических материалов можно выделить метод измерения твердости по Бренеллю, по Роксвеллу и по Виккерсу. В случае если необходимо измерить твердость отдельных структурных составляющих, применяют метод измерения микро-твердости.

Твердость по Бренеллю измеряют на прессе Бренелля. В качестве индентора применяют шарик 5-10 мм. К индентору прилагается нагрузка. После снятия нагрузки в месте вдавливания появляется лунка. С помощью лунки измеряют диаметр лунки и затем по соответствующим таблицам переходят от диаметра к числу твердости. Твердость по Бренеллю обозначается НВ. Этот метод измерения твердости используется для измерения твердости сравнительно мягких металлов.

Измерение твердости по Роксвеллу проводят на приборе – твердометр Роксвелла. В качестве индентора используют шарик или алмазную пирамиду. Нагрузка на индентор 60,100 и 150 кг. В случае приложения 60 и 150 кг индентором служит алмазная пирамида, при 100 кг – шарик. Обозначение твердости по Роксвеллу если индентор 60 кг – HRA, 100 кг – HRB, 150 – HRC_э.

Твердость по Виккерсу определяется на приборе Виккерса. В качестве индентора используют алмазную пирамидку. Нагрузка на индентор измеряется в граммах. Твердость определяется на специально приготовленных образцах микрошлиф.

После вдавливания и снятия нагрузки с индентора в микрошлифе остается лунка. С помощью линейку, встроенной в окуляр прибора и затем с помощью специальных таблиц переходят от диагонали отпечатки к числу твердости по Виккерсу HV.

Если необходимо измерить твердость отдельных структурных составляющих, используют метод измерения микро-твердости на ПМТ-приборах.

В качестве индентора также используют алмазную пирамидку. Нагрузка на индентор измеряется в граммах. Твердость определяют на микрошлифах. При увеличении в 400 раз на микрошлифах находят ту структурную составляющую, твердость которой необходимо определить. Под действием нагрузки индентор вдавливается в эту структурную составляющую и оставляет в ней отпечаток. После снятия нагрузки проводят измерение диагонали отпечатка и затем по таблицам переходят к числу твердости.

Ударная вязкость является динамической характеристикой. Образец помещается в крепление и с определенной высоты на него падает маятник, работа тратиться на разрушение образца; ударная вязкость обозначается КСU или КС. Обозначение зависит от формы образца, если образец с подрезом (U-образным), то принимается первое обозначение, если без надреза – второе. С надрезом изготавливаются образцы сравнительно вязких материалов, без надреза – хрупких материалов.

20.

Поиск по сайту: