Все металлические тела кристаллические. Их атомы в кристаллах имеют определенное, закономерное расположение в пространстве. Атомы состоят из положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов. Электроны у металлов слабо связаны с ядром и могут легко переходить от одного иона к другому. Этим объясняется высокая электро- и теплопроводность металлов.
Воображаемые линии, проведенные через центры атомов (положительно заряженных ионов), образуют так называемую кристаллографическую плоскость. Многократное повторение кристаллографических плоскостей, расположенных параллельно, образует пространственную кристаллическую решетку.
Атомы в узлах кристаллической решетки колеблются с определенными амплитудой и частотой и находятся под действием сил взаимного притяжения и отталкивания. Размеры кристаллической решетки (расстояния между центрами соседних атомов) называются…
В металлах и сплавах наиболее распространены следующие кристаллические решетки: объемно-центрированная кубическая (ОЦК); гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГПУ).
В ячейке с объемно-центрированной кубической решеткой атомы расположены в вершинах кубической элементарной ячейки и один - в ее центре. Такую решетку имеют железо при температуре до 910°С и выше 1390°С, хром, вольфрам, ванадий и др. (рис. 1).
Рис.1. Объемно-центрированная кубическая решетка
Кристаллические решетки характеризуются параметрами: ….
Координационное число - количество атомов, находящихся на….
Атомный радиус (половина атомного диаметра) – половина межатомного расстояния между …
Базис – количество атомов в одной элементарной ячейке.
Коэффициент компактности – отношение объема занимаемого атомами ко всему объему решетки.
Металлы имеют плотную упаковку атомов, т.е. высокие координационные числа и большое количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку.
2. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3.5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
Рис. 1. Диаграмма состояния железо - карбид железа и кривая охлаждения
В зависимости от температуры и содержания углерода железоуглеродистые сплавы образуют …
Основой для определения структуры и свойств железоуглеродистых сплавов является …
Превращения для сплава, содержащего 3,5% С:
…
… представляет собой смесь феррита и цементита. Перлит образуется при медленном охлаждении из аустенита при температуре 727°С и содержит 0,8% углерода.
…. химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fе2С), содержит 6,67% С, температура плавления точно не установлена, принимается примерно равной 1260°С. Цементит магнитен, характеризуется высокой твердостью (> НВ 800) и низкой пластичностью. Цементит является метастабильной фазой и при определенных условиях распадается с выделением свободного графита. В зависимости от условий образования различают цементит первичный, который образуется из жидкости при затвердевании расплава, вторичный — при распаде аустенита и третичный — при выделении углерода из феррита.
…. механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита. Твердость НВ 600-700, хрупок. Так как при температуре ниже эвтектоидной (ниже 727 °С) аустенит превращается в перлит, то ледебурит ниже эвтектоидной прямой Е'К состоит из цементита и перлита.
При охлаждении твердых сплавов в них происходят …
Эти изменения (фазовые превращения) в сплавах Fe-С характеризуют линии GSE, PSK, GPQ.
Линия PSK (727 °С) - это линия эвтектоидного равновесия. В точке S (температура 727°С) аустенит распадается с образованием перлита. Поэтому по линии PSK во всех сплавах Fe-С из аустенита идет образование перлита. Критические точки, лежащие на линии PSK, обозначаются А1.
Построим кривую охлаждения, применяя правила фаз.
До температуры t1 = 1245°С сплав находится в жидком состоянии:
С (до t1) = К - Ф + 1 = 2 – 1 + 1 = 2.
Ф=1 (жидкий расплав), значит, температура понижается и отобразится в виде наклонной прямой.
При температуре t1 = 1245°С начинается кристаллизация аустенита.
С (t1) = К - Ф + 1 = 2 – 2 + 1 = 1.
Где К = 2, Ф = 2 (жидкость + аустенит), значит, изменится температура, но так как выделяется скрытая теплота кристаллизации охлаждение происходит медленнее, отобразится более пологой наклонной чертой.
В точке t2 = 1147°С происходит образование ледебурита из жидкости
С (t2) = К - Ф + 1 = 2 – 3 + 1 = 0.
Где Ф = 3 (жидкость + аустенит + ледебурит)
С (t2) = 0, температура постоянная, на кривой охлаждения отобразится прямой – горизонтальной.
Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска зубил из стали У9А. Опишите структуру и твердость инструмента после термической обработки.
Марка У9А - углеродистая инструментальная высококачественная сталь, содержащая 0,9% углерода.
В углеродистых инструментальных сталях (ГОСТ 1435-90) буква У в обозначении марки означает «углеродистая сталь», а цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента.
Из стали У9А изготавливают зубила, резцы, сверла, метчики, фрезы, плитки и прочий мерительный и режущий инструмент для резания мягких материалов.
Достоинство таких сталей – ….
Термообработка: ….
Термическая (тепловая) обработка состоит в изменении структуры металлов и сплавов путем нагревания их и последующего охлаждения с той или иной скоростью; при этом достигаются существенные изменения свойств при том же химическом составе сплава.
Окончательная термическая обработка – закалка с последующим отпуском. Закалку для доэвтектоидных сталей проводят полную. Структура закаленных сталей или мартенсит, или мартенсит и карбиды.
Мартенсит закалки - неравновесная структура, сохраняющаяся при низких температурах. Для получения равновесной структуры изделия подвергают отпуску. Температура отпуска выбирается в зависимости от твердости, необходимой для инструмента.
Сердцевина деталей из углеродистой стали состоит из феррита и перлита.
Цементация с последующей термической обработкой повышает предел выносливости стальных изделий.
Список использованной литературы:
1. Ю. М. Лахтин, В.П. Леонтьев. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение. 1980.- 493 с.
2. А. М. Пейсахов, А. М. Кучер. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник. 3-е издание. – СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2005 г. – 416 с.
3. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учеб. пособие для студентов вузов./ под ред. В. С. Чередниченко. -3-е изд., стер. – М.: Омега-Л, 2007.-752 с.
4. А. М. Адаскин, В.М. Зуев. Материаловедение (металлообработка): Учебник для нач. проф. образования. – М.: ИРПО; ПрофОбрИздат, 2001. – 240с.
5. Парфеньева И.Е. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. М.: Учебное пособие, 2009
6. www.s-metall.com