Кривая растяжения металлов.Смысл показателей прочности и пластичности.

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, МпаПри 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, МПаДеформированием 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.

 

 

60.Термическая обработка металлов и сплавов. Классификация видов тер.обработки. Для придания М и сплавам необход св-в их подвергают термической обработке. Для этого М и сплавы нагревают до опред t°, выдерживают, а затем охлаждают с определённой n. В рез-те этого происходит изменение структуры Þ получаем нужное нам св-во. ТО заключается в тепловом воздействии на М и сплавы с целью направленного изменения структуры и свойств М и сплавов. " То можно изобразить графически в координатах t°, С и t, сек. Наклон говорит о n. РИС!!! По графику можем определить t° нагрева, t выдержки, n охлаждения. График не говорит об изменении структуры. Параметры ТО (t° нагрева, t выдержки, n охлаждения, n нагрева) по-разному влияют на структурные изменения. Соответственно структурным изменениям все виды ТО делят на: 1) отжиг (I и II рода). Отжиг – ТО, в процессе кот производится нагрев деталей из стали до требуемой t° с последующей выдержкой и медленным охлаждением в печи для получения однородной, равновесной, менее тв структуры, свободной от остаточных напряжений. Отжиг I рода – отжиг, при кот нагрев и выдержка м производятся с целью приведения его в однородное (равновесное состояние) за счёт ¯ химич неоднородностей. Виды О I-го рода: а) гомогенизационный (ТО, при кот гл процессом явл устранение последствий ликвации); б) рекристаллизационный (ТО деформированного М, при кот гл процессом явл рекристаллизация М); в) О для снятии напряжения. 2) закалка состоит в нагреве стали выше её t° фазовых превращений, выдержке для завершения всех превращений и охлаждений с более высокой n с целью получения при комнатной t° неравновесных структур, обеспечивающих более высокую прочность и твёрдость стали: а) закалка без полиморфного превращения; б) закалка с полиморфным превращением (ТО, заключающаяся в нагреве М выше t° фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного состояния. 3) отпуск – ТО, представляющая собой нагрев закалённого сплава ниже t° фазовых превращений для приближения его структуры к более устойчивому состоянию. 4) ХТО: а) диффузионное насыщение неМ (цементация, азотирование, цианирование, борирование, оксидирование); б) диффузионное насыщение М (алитирование, хромирование, силицирование, насыщение др М); в) диффузионное удаление элементов (обезводороживание и обезуглероживание). 5) ТМО: а) ТМО стареющих сплавов; б) ТМО сталей, закаливаемых на мартенсит. Первые 3 вида относятся к собственно ТО, там имеет место тлк тепловое воздействие. При ХТО одновременно с тепловым возд происходит изменение в хим составе. При ТМО происходит одновременное термич и механич воздействие.

 

61. Диаграмма сост. переохлаждённого А (строят, чтобы понять, что происходит в сталях при охлаждении). Берут большое кол-во тонких образцов и нагревают их до t°, немного выше А₁. После этого образцы переносят на t°, немного ниже А₁ и выбрасывают в Н₂О. Наблюдают, как происходит процесс . РИС!!! Степень переохлаждения – разность м/у равновесной и реальной t°. Степень переохлаждения ­, n переохлаждения ­. Чем ­ степень переохлаждения, тем ­ центров, тем Спросить! феррито-цементита.

 

62.Способы закалки сталей. З в 1 охлаждающей среде - самый простой способ – (гл, чтобы n охлаждения>n критич). Для этого сталь нагревают до состояния однородного А и охлаждают в 1 среде (масло, Н₂О). При З в 1 среде оч часто возникают чрезмерные закалочные напряжения Þ надо найти способ З для ¯ этого напряжения. «+»: простота; «-» большие внутренние напряжения в детали. 2) З в 2 средах: Сначала погружают в Н₂О, а потом в масло. «+»: снижаются внутренние напряжения; «-»: трудность регулирования выдержки деталей в перовой охлаждающей Ж, нестабильный результат. 3) Ступенчатая З (Чернов): после нагрева до состояния А деталь быстро переносится в t°, чуть >М_Н, выдерживается при этой t°, а потом охлаждается в масле. З в 2 средах и ступенчатая З, если речь идёт об обычных углеродистых сталях, может применяться тлк для деталей небольшого сечения, т.к. при охлаждении в Н₂О детали диаметром 8…12 мм, мы можем перескочить t° распада на феррит и цементит. t° нагрева сталей по З подбирают по ДС. Доэвтект стали: (30…50)°С+А_С3; заэвтект и эвтект стали: (50…70)°С+А_С1. «-»: ограничение размера деталей. 4) Изотермическая З. Сталь выдерживается в ваннах до окончания изотермического превращения аустенита. t° соляной ванны обычно составляет (250-350)°С. В рез-те изотермической З получается структура бейнита с твёрдостью 45-55 HRC при сохранении повышенной пластичности и вязкости. Длительность выдержки определяется с помощью диаграмм изотермического превращения аустенита. 5) Закалка с самоотпуском применяется в случае термообработки инструмента типа зубил, молотков, в кот должны сочетаться твёрдость и вязкость. Изделия выдерживают в закалочной ванне не до полного охлаждения. За счёт тепла внутренних участков происходит нагрев поверхностных слоёв до нужной t°, т.е. самоотпуск. 6) Обработка холодом. В структуре стали, закалено при комнатной t° присутствует некоторое кол-во остаточного аустенита, кот ¯ твёрдость и износостойкость деталей и может приводить к изменению их размеров при эксплуатации в условиях низких t° из-за самопроизвольного образования мартенсита из аустенита. Для ¯ остаточного аустенита в структуре применяют обработку холодом, кот состоит в охлаждении стали ниже 0°С до М_К (обычно не ниже -75°С), поучаемых в смесях сухого льда со спиртом. Обработка холодом должна производиться сразу же после закалки во избежание стабилизации аустенита.

Начинается применение охлаждения под давлением в среде азота, аргона, водорода

 

63. Поверхностная закалка стали состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше А_С3 c последующим охлаждением для получения высокой твёрдости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной. Высокая n высокочастотного нагрева обусловливает смещение фазовых превращений в область более высоких t° Þ t° высокочастотной закалки должна быть выше t° З при обычном печном нагреве и тем выше, чем больше n нагрева и грубее выделения избыточного феррита в доэвтектоидных сталях. Нагрев под З производят токами высокой частоты (ТВЧ). При нагреве ТВЧ магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вихревые токи в М детали, помещённой внутри индуктора. СТР 279 РИС 12.1!!! Форма индуктора соответствует внешней форме изделия. Индуктор представляет собой медные трубки с циркулирующей внутри Н₂О для охлаждения. n нагрева зависит от кол-ва выделившейся теплоты, пропорционального квадрату силы тока и сопротивлению М. Основное кол-во теплоты выделяется в тонком поверхностном слое. Чем ­ частота тока, тем ¯ закалённый слой. После нагрева в индукторе деталь охлаждают с помощью специального охлаждающего устройства. Ч/з имеющиеся в нём отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость. Структура закалённого слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны – из мартенсита и феррита. Глубинные слои нагреваются до t° ниже критических и при охлаждении не упрочняются. Для ­ прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь иногда подвергают нормализации или улучшению. Достоинства поверхностной З ТВЧ: регулируемая длина закаливаемого слоя, высокая производительность, возможность автоматизации, отсутствие окалинообразования и обезуглероживания, min коробление детали. Недостатки: высокая стоимость индуктора Þ малая применимость ТВЧ к условиям единичного производства. Для поверхностной З применяют обычно углеродистые стали, содержащие»0,4%С. Глубокая прокаливаемость при этом методе не используется Þ легированные стали обычно не применяют. После З проводят низкий отпуск или самоотпуск. Выбор толщины упрочняемого слоя зависит от условий работы деталей. Для поверхностной З может использоваться нагрев лазером. Это позволяет избежать необходимость изготовления индивидуальных индукторов. Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и хар-ся высокой концентрацией энергии. Под действием лазерного излучения поверхность деталей за короткий промежуток времени нагревается до высоких t°. После прекращения облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря интенсивному отводу теплоты холодными V М. Происходит З тонкого поверхностного слоя. Лазерная обработка поверхности стальных и чугунных деталей ­ их износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости.

 

64. Сиситема Железо–Углерод. Структурные модификации железа. Раств-ть С в Fe.

Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны.Cплавы с содержанием углерода >0,02%, наз. тех. железо. Структура таких сплавов после окончания кристаллизации состоит или из зерен феррита, при содержании углерода менее 0,006 %, или из зерен феррита и кристаллов цементита третичного, расположенных по границам зерен феррита, если содержание углерода от 0,006 до 0,02 %.Углеродистыми сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие 0,02…2,14 % углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита.Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии.Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита. По содержанию углерода и по структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (0,02%<C<0.8%), структура феррит + перлит Ф+П; эвтектоидные (C=0.8%), структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый; заэвтектоидные (0,8%<C<2,14%), структура перлит + цементит вторичный (П + ЦII), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита. По микроструктуре сплавов можно приблизительно определить количество углерода в составе сплава, учитывая следующее: количество углерода в перлите составляет 0,8 %, в цементите – 6,67 %. Ввиду малой ратворимости углерода в феррите, принимается, что в нем углерода нет.Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами.Наличие легкоплавкого ледебурита в структуре чугунов повышает их литейные свойства.Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой состояния железо – цементит, отличаются высокой хрупкостью. Цвет их излома – серебристо-белый. Такие чугуны называются белыми чугунами.По количеству углерода и по структуре белые чугуны подразделяются на: доэвтектические (2.14%<C<4.3%, структура перлит + ледебурит + цементит вторичный (П+Л+Ц_II); эвтектические (C=4,3%), структура ледебурит (Л); заэвтектические (4,3%<C<6,67%), структура ледебурит + цементит первичный (Л+Ц_I) В структуре доэвтектических белых чугунов присутствует цементит вторичный, который образуется в результате изменения состава аустенита при охлаждении (по линии ES). В структуре цементит вторичный сливается с цементитом, входящим в состав ледебурита.Фазовый состав сталей и чугунов при нормальных температурах один и тот же, они состоят из феррита и цементита.

 

65.Понятие о диаграммах состояния. Принципы построения диаграмм. 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.

Диаграммы состояния и зависимость свойств от состава для случаев:а), б) неограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии; в), г) отсутствия растворимости компонентов в твердом состоянии; д), е) ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии.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.

66. Диаграмма состояния железо – углерод- графическое построение в координатах состав (концентрация примеси или примесей) - температура. Диаграмма состояния железо — углерод приведена на рисунке. Линии на диаграмме отделяют области существования различных жидких и твердых фаз. Диаграмма построена по данным экспериментальных исследований структуры железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов) после (или в процессе) медленного нагрева и охлаждения. Шкала концентрации углерода на диаграмме доведена только до 6,67% С, т. к. сплавы с большей концентрацией углерода не имеют практического применения.На диаграмме есть области существования следующих фаз: жидкости (Ж), аустенита (А), цементита (Ц), феррита (Ф).Жидкий раствор углерода в железе существует при температурах выше линии АВСD на диаграмме, химическое соединение Fe3C (Ц) цементит соответствует правой области диаграммы и составу 6,67% С, в смеси с другими составляющими цементит может существовать на всем поле диаграммы состояния.Аустенит (А) — твердый раствор углерода в g-железе может содержать до 1,7%С и существовать при температурах выше 723° С.Феррит (Ф) — твердый раствор углерода в a-железе может содержать не более 0,03%С.Жидкие фазы (аустенит и феррит) при различных температурах могут содержать различное количество углерода.Проводя на диаграмме вертикаль, соответствующую составу исследуемого сплава, можно определить как качественно, так и количественно фазовый состав сплава при различных температурах.Превращения при нагреве и охлаждении сталей и чугунов в соответствии с диаграммой состояния можно разделить на безвариантные, проходящие при постоянной температуре, и одновариантные, происходящие в некотором интервале температур.К безвариантным превращениям относятся:По линии HJB на диаграмме феррит и жидкость (расплав) переходят в аустенит (перитектическое превращение).По линии ECF жидкость превращается жидкости в аустенит и цементит (эвтектическое превращение).По линии PSK аустенит превращается в феррит и цементит (эвтектоидное превращение).Безвариантные превращения соответствуют горизонтальным линиям на диаграмме состояния.Пунктирные горизонтали соответствуют магнитным превращениям в феррите (точка Кюри 770° С, линия МО), когда феррит переходит из ферромагнитного в парамагнитное состояние, и соответствующему переходу в цементите.Одновариантные превращения соответствуют областям на диаграмме состояния и разделяются на первичные превращения, в которых одна из фаз является жидкостью, и вторичные превращения в твердом состоянии.Т.к. диаграмма состояния соответствует нагреву и охлаждению в равновесных условиях, на ней нет метастабильной фазы — мартенсита, возникающей при быстром охлаждении (закалке) от температур, выше температуры образования аустенита (723° С).Выбор режима термической обработки сплавов при научных исследованиях и в технологических процессах основывается на диаграмме состояния железо-углерод.