Реферат: Основы термической обработки сталей
.
Основы термической обработки сталей
(конспект лекций)
для самостоятельной работы студентов очного и заочного факультетов
.
1. Превращения при нагреве и охлаждении стали
1.1. Кристаллическое строение металлов
Металлы и сплавы тела кристаллические - атомы в них расположены в определенном порядке в пространстве. Порядок в расположении атомов в пространстве называют кристаллической решеткой .
В чистых металлах, т.е. при наличии атомов одного элемента, возможно 14 вариантов расположения атомов. Это обусловлено тем, что в кристалле каждый атом должен иметь одинаковое количество атомов-соседей, расположенных от него на одинаковом расстоянии.
В химических соединениях, т.е. при наличии атомов различных элементов, число возможных комбинаций в расположении атомов (типов решеток) становится бесконечно большим.Подавляющее большинство металлов и сплавов имеют сравнительно простые кристаллические решетки (см. рис. 1)
Наибольший интерес представляет строение железа и его сплавов (стали и чугуны)
Железо ниже температуры 9110 С имеет кубическую объемно-центрированную кристаллическую решетку (ОЦК) и называется aFe. Такое же строение могут иметь некоторые другие металлы (Ti, V, W, Mo, Cr, Mn).
При температурах 911-13900 С железо имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку (ГЦК) и называется gFe. Такая же решетка имеется у некоторых других металлов (Cu, Al, Pb).
Кратчайшее расстояние между центрами атомов в кристаллической решетке называется параметром решетки (а). Параметры измеряют в ангетремах (А) или килоиксах (КХ)
1А = 1*10-8 см
1 КХ = 1,00202А
Параметры решетки соизмеримы с радиусом атомов. Например, у aFe а=2,8608А, Rат =1,26А,у gFe а=3,649А, Rат =1,29А
1.2. Аллотропия металлов
Аллотропия - способность некоторых металлов изменять тип кристаллической решетки при изменении внешних условий (температуры и давления). Обычно каждый тип решетки устойчив в определенном интервале температур, но в некоторых случаях, например при быстром охлаждении может одновременно существовать несколько типов решеток. Различные модификации (типы решеток) одного и того же металла обозначают греческими буквами: a,b,g, d и т.д. Буквой обозначается самая низкотемпературная модификация.
Например, при нагреве железа происходят следующие превращения:
a Fe ® b Fe ® g Fe ® d Fe ® Ж
Признаки аллотропического превращения следующие:
1. Изменяется тип кристаллической решетки;
2. Наблюдается тепловой эффект;
3. Свойства изменяются скачком
Таким образом в железе наблюдается два аллотропических превращения (при температурах 911 и 13900 ).
С изменением типа кристаллической решетки железа резко изменяется растворимость в нем углерода. Так максимальная растворимость углерода в aFe 0,02% (при t=7230 ), а в gFe 2,14% (при t=11300 ). Это черезвычайно важно для понимания процессов происходящих при термической обработке стали.
Аллотропия наблюдается в ряде металлов (Sn, Ti, Ni, Mn, Cr и др.).
1.3. Строение металлических сплавов
Химические элементы из которых состоит сплав называют компонентами. При взаимодействии компонентов в сплавах образуются фазы. Фаза - однородная часть сплава отделенная от других поверхностью раздела. При изучении процессов, происходящих при нагреве и охлаждении сплавов, используются диаграммы состояния, которые строят опытным путем. Диаграммой состояния называют график, который показывает фазовое состояние сплава в зависимости от температуры и химического состава. Следует иметь в виду, что диаграммы состояния построены для условий медленного нагрева или охлаждения.
В сплавах могут быть следующие типы твердых фаз: кристаллы чистых компонентов, кристаллы твердых растворов, кристаллы химических соединений.
Кристаллы чистых компонентов состоят из одинаковых атомов, расположенных в виде кристаллической решетки.
Кристаллы твердых растворов состоят из разноименных атомов, образующих общую кристаллическую решетку, тип которой такой же, как у одного из входящих компонентов. При рассмотрении в микроскоп твердые растворы выглядят, как чистые металлы, т.е. являются однофазными. В отличие от химических соединений твердые растворы существуют не при определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Поэтому они на диаграммах состояния всегда занимают определенные области. Твердые растворы, как правило, имеют невысокую твердость.
В промышленных сплавах наиболее часто встречаются два типа твердых растворов: замещения и внедрения.
В твердых растворах замещения атомы растворимого элемента занимают в кристаллической решетке места атомов растворителя. Такие твердые растворы могут быть ограниченной и неограниченной растворимости. При неограниченной растворимости любое количество атомов одного компонента может быть заменено атомами другого компонента. Это возможно при выполнении следующих условий: у обоих компонентов одинаковый тип кристаллической решетки, сходное строение валентной электронной оболочки атомов, малое различие в размерах атомов.
Если у двух металлов с одинаковым типом кристаллической решетки диаметры атомов различаются значительно, то растворение второго компонента приводит к сильным искажениям кристаллической решетки. Когда эти искажения достигают определенной величины, решетка становится неустойчивой, что приводит к пределу растворимости.
Твердые растворы замещения всегда образуются между металлами, например, железо с Cr, Mn, Ni, W, Co.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--