Шпаргалка: Металловедение и сертификация продукции
1) точечные - вакансии, дислокацированные атомы, примесные атомы внедрения и замещения. С повыш. t усиливаются колебания атомов, и отдельные атомы с повышенной энергией могут уйти из узла решетки (вакансии) или перемест. на др. место (дислоцир. атомы). И вакансии и дислоц. атомы перемещаются по кристаллу. Свободное место в решетке может занять атом примеси, если его размеры соизмеримы с основным атомом, образуется примесный атом замещения. Если размеры малы - примесный атом внедрения.
2) линейные -к лин. деф. относятся дислокации, котор. могут возникнуть при деформации металла. При деформац. (сдвиге), когда одна часть смещ. относит.д.р., может возникнуть как бы лишняя атомная полуплоскость, котор. не имеет продолжения в нижней своей части. Эта лишняя полуплоскость наз. дислокацией.
3. Линейные дислокации бывают положит. и отрицат.
Дислокации легко перемещаются по кристаллу, способствуя тем самым осуществлению пластической деформации. Если бы дислокации в металле отсутствовали, и все атомы в металле были бы жестко связ. др. с др., то такой материал обладал бы высокой прочностью, и его нельзя было бы ни деформировать, ни обрабатывать резанием.
И точечные и линейные дефекты приводят к искажению кристаллич. решетки.
3) поверхностные дефекты - к ним относятся искажения крист. решетки на границах раздела между отдельными зернами. Металлы состоят из очень большого числа отдельных кристаллов (зерен), поэтому их называют поликристаллическими телами (много-). На границах раздела между зернами правильное расположение атомов нарушено, и поэтому на границе зерен крист. решетки всегда искажены.
Все вышеперечисленные дефекты крист-го строения могут вступать во взаимодействие др. с др. и существенно влияют на св-ва металлов.
4. Диаграмма железо-углерод.
Сплавы железа с углеродом (стали и чугуны) явл. важнейшим материалом современной техники. Первое представление о диаграмме железоуглерод было дано Черновым Д. К, который открыл так называемые критические точки в стали и показал их зависимость от содержания углерода (727® С и 911®С).
Железо - металл серебристо-белого цвета, tплавления = 1539®, имеет 2 типа кристаллических решеток:
1) ОЦК ниже 911градусов - α-железо и выше 1390градусов - дельта-железо,
2) решетка ГЦК - от 911 до 1392градусов - гамма-железо.
При 768градусов железо теряет магнитные свойства (точка Кюри); железо пластично и обладает невысокой твердостью.
Углерод встречается в природе в виде алмаза, имеющую сложную кубическую решетку и высокую твердость и прочность. И в виде графита, имеющего слоистую гексагональную решетку. Tплавления алмаза = 3500С, при взаимодействии железа с углеродом образ-ся химическое соединение Fe3 C (будем обозначать Ц) - содержит 6,67 % углерода.
В зависимости от того, в какой кристаллической решетке железа растворен углерод различают след фазы:
1) феррит (Ф) - это твердый раствор внедрения углерода в альфа-железе, имеет решетку ОЦК; максимальная растворимость углерода при 727 градусах составляет 0,02%. Феррит имеет низкую прочность и твердость и хорошую пластичность.
2) аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в гамме-железе, решетка ГЦК существует только при высоких температурах больше 727градусов. Максимальная растворимость углерода в гамма-железе при 1147градусах составляет 2,14%, при 727градусах=0,8%.
3) жидкая фаза (Ж) - существует выше линии ликвидус и представляет собой жидкий раствор углерода в железе. Диаграмма состояния железа-углерод приведена на рис.
В системе железо-углерод имеет место 2 превращения - 1-ое - линия EKF (1147) - эвтектическое превращение, при котором жидкость кристаллизуется с одновременным образованием 2-х фаз - аустенита и цементита. Эвтектика, состоящая из аустенита и цементита наз-ся ледебуритом (Л (А+Ц)), 2-ое - линия PSK (727) - эвтектоидное превращение происходит в твердом состоянии, когда аустенит распадается с образованием 2-х новых фаз - феррита и цементита. Эвтектоид, состоящий из феррита и цементита наз-ся перлитом (П (Ф+Ц).
ES- линия предельной растворимости углерода в аустените.
PQ - линия пред растворимости углерода в феррите.
Стали, имеющие содержание углерода меньше 0,8% наз-ся доэвтектоидными. Стали, содержащие 0,8% углерода наз-ся эвтектоидными. Стали, содержащие больше 0,8%углерода наз-ся заэвтектоидными.
Чугуны с содержанием С 4,3% наз-ся эвтектическими, меньше 4,3 - доэвтектическими, больше 4,3 заэвтектическими.
Т. о при медленном охлаждении в процессе кристаллизации в сплавах системы железа - цементит формируется след структура: в доэвтектических сталях - перлит, феррит, в эвтектических - перлит и цементит, в белых доэвтектических чугунах - ледебурит, превращенный+перлит+цементит вторичный, в белых эвтектич чугунахь - ледебурит превращенный., в белых заэвтектических чугунах - ледебурит превращенный и цементит первичный.
В белых чугунах весь углерод находится в связ-м состоянии в виде цемента Fe3 C, излом чугунов светлый, белый, отсюда название.
В серых чугунах излом серый, углерод нах-ся в свободном состоянии в виде графита.
Процесс выделения графита из жидкой или твердой фазы наз-ся графитизацией. Он требует длительного времени и идет при очень медленном охлаждении. На процесс графитизации оказывают влияние след факторы: скорость охлаждения, хим состав чугуна и спец присадки, изменяющие форму и размер графических включений. В чугунах всегда имеются примеси кремния, марганца, фосфора, серы, и др. примеси можно разделить на карбидообразующие, кот связывают углерод, цементит и способствует отбеливанию чугуна (марганец, хром, молибден), графитообразующие примеси способствую выделению графита и образованию серого чугуна (кремний, никель, медь). Сера явл-ся вредной примесью, ухудшает жидкотекучесть чугуна, повышает склонность к образованию трещин, поэтому ее содержание ограничивает в обычных чугунах - до 0,12%, в высокопрочных не более 0,03%. Содержание фосфора 0,2-0,3%, он увеличивает жидкотекучесть и повышает износостойкость
5. Маркировка чугунов
Чугун отличается от стали более высоким содержанием углерода, лучшими литейными свойствами, но меньшей пластичностью (он хрупкий). Белые чугуны очень хрупкие, плохо обрабатываются резанием и обычно идут на переплав в сталь или подвергаются отжигу (1000С, выдержка 10-15 часов) для получения ковких чугунов. Серые чугуны хорошо используют для фасонных отливок на заводах (станины, корпуса), хорошо обраб-ся резанием, хорошо работают в условиях трения, гасят вибрации и колебания. Св-ва чугунов зависят от формы графитных включений и стр-ры мет-й основы. Различают серые чугуны: с пластинчатой формой графита, шнуровидной, шаровидной, хлопьевидной. Структура чугунов может быть ферритной, феррито-перлитной и перлитной. Чугуны с перлитной основой явл-ся наиболее прочными. Серые чугуны маркируют буквами СЧ и цифрами (СЧ12-28, где 12-предел прочности при растяжении (12кг силы на мм2); 28-предел прочности при изгибе). Для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в ковш с жидким чугуном вводят модификатор (магний, церрий). Модиф. способствует получению при кристаллизации граффито-шаровидной формы. Маркировка высокопрочных чугунов ВЧ42-12, где 42-предел прочности при растяжении, 12-относительное удлинение в%. Ковкий чугун маркируют КЧ30-6.