- •Конспект лекций по общему курсу материаловедения
- •Для студентов заочной формы обучения
- •Учебное пособие
- •Москва 2013
- •Введение.
- •Глава 1. Теория сплавов.
- •1.1. Механические свойства сплавов и методы их определения.
- •1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения металлов.
- •1.4. Закономерности кристаллизации металлов и сплавов.
- •1.5. Микроструктура сплавов.
- •1.6. Характеристика фаз и структурных составляющих.
- •1.7. Диаграммы состояния.
- •1.8. Фазы и структурные составляющие в сплавах Fe-c.
- •1.9. Влияние химического состава и структуры на свойства сталей и чугунов.
- •1.10. Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей.
- •1.11. Применение чугунов.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 2. Теория термической обработки.
- •2.1. Критические температуры при термообработке стали.
- •2.2. Превращения при нагреве стали.
- •Перегрев и пережог.
- •2.3. Превращения в стали при непрерывном охлаждении.
- •2.4. Образование структур перлитного типа.
- •2.5. Промежуточное превращение.
- •2.6. Мартенситное превращение.
- •2.6.1.Особенности мартенситного превращения.
- •2.6.2. Свойства мартенсита.
- •2.7. Превращения при отпуске.
- •2.7.1. Свойства стали после отпуска.
- •2.7.2. Отпускная хрупкость.
- •2.7.3. Старение.
- •2.8. Прокаливаемость и закаливаемость стали.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 3. Технология термической обработки.
- •3.1. Технология объемной термообработки стали.
- •3.1.1. Отжиг 1-го рода.
- •3.1.2. Отжиг 2-го рода.
- •3.1.3. Нормализация.
- •3.1.4. Дефекты отжига и нормализации.
- •3.1.5. Закалка.
- •3.1.6. Дефекты закалки.
- •3.2. Поверхностная закалка.
- •3.3. Химико-термическая обработка (хто).
- •3.3.1. Цементация.
- •3.3.2. Азотирование.
- •3.3.3. Нитроцементация.
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 4. Машиностроительные материалы.
- •4.1. Легированные конструкционные стали.
- •4.2. Специальные стали и сплавы.
- •4.3. Литейные сплавы.
- •4.4. Неметаллические материалы.
- •4.4.1. Пластмассы.
- •4.4.2. Резины.
- •4.4.3. Клеи и герметики.
- •4.5. Композиционные материалы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Глава 5. Порошковые материалы.
- •5.1. Технология производства металлических порошков.
- •Основными элементами технологии порошковой металлургии являются:
- •5.2. Свойства металлических порошков.
- •5.3. Классификация порошковых сталей.
- •5.4. Порошковые углеродистые конструкционные стали.
- •5.5. Порошковые легированные конструкционные стали.
- •Медистые порошковые стали.
- •Порошковые стали, легированные никелем.
- •Порошковые железомедноникелевые стали.
- •Порошковые молибденовые стали.
- •Хромистая порошковая сталь.
- •Марганцовистые порошковые стали.
- •Сложнолегированные порошковые конструкционные стали.
- •5.6. Порошковые стали инструментального назначения.
- •5.7. Порошковые стали специального назначения.
- •5.8. Антифрикционные материалы на основе железа.
- •5.9 Термическая обработка порошковых сталей.
- •5.10. Свойства и применение порошковых сплавов.
- •Применение порошковых материалов
- •Методами порошковой металлургии получают:
- •Применение и состав порошковых сплавов
- •5.11. Производство деталей из порошковых материалов.
- •5.12. Эффективность технологии порошковой металлургии.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
Перегрев и пережог.
Перегревом называют продолжительный нагрев стали до температур, превышающих AС3, или Acm на 100…150°С.
В результате перегрева формируется зерно с размером, соответствующим 2…3 баллам шкалы зернистости, которое сохраняется и после охлаждения. У стали с такой структурой резко снижается ударная вязкость. Перегрев исправляют повторным нагревом сталей до оптимальных температур.
Для доэвтектоидных сталей такая температура tН=AС3+30…50°С, для заэвтектоидных сталей tН=AС1+30…50°С.
Продолжительный нагрев сталей до температур, превышающих температуру перегрева, называют пережогом. Результат пережога – образование крупных зерен с размером, соответствующим 1…2 баллам шкалы зернистости и образование окислов железа по границам зерен. Пережог – неисправимый дефект, такая сталь подлежит переплавке.
2.3. Превращения в стали при непрерывном охлаждении.
В зависимости от скорости охлаждения осуществляются фазовые превращения двух типов:
1. диффузионный распад аустенита с образованием феррито-цементитных смесей;
2. бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит закалки.
Эти процессы описываются с помощью диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита. На рис.18 приведена такая диаграмма для эвтектоидной (0,8%С) стали с нанесенными на нее векторами скоростей охлаждения (V1<V2<V3<V4<V5).
Рис.17. Диаграмма изотермического превращения аустенита. |
Диффузионному распаду аустенита соответствует область диаграммы, ограниченная С-образными кривыми. Первая кривая означает начало этого распада, левей этой кривой находится область существования переохлажденного (нестабильного) аустенита. Вторая кривая означает завершение распада аустенита, правей нее находится область существования феррито-цементитных смесей, отличающихся друг от друга размерами образующих эти смеси фаз.
Бездиффузионному превращению аустенита в мартенсит соответствует область диаграммы, ограниченная температурами МН (начало превращения) и МК (завершение превращения), причем для сталей с содержанием углерода ≥0,6% температура МК имеет отрицательное значение.
Вектора скоростей охлаждения V1…V5 соответствуют условиям непрерывного охлаждения, т.е. охлаждения стали в одной охлаждающей среде. Вектор V1 соответствует минимально возможной скорости охлаждения стали (вместе с печью), при этом образуется крупнопластинчатая феррито-цементитная смесь – перлит. Вектора V2,V3 соответствуют более высоким скоростям охлаждения (на воздухе, в масле), в результате образуются структуры перлитного типа – сорбит и тростит. Они отличаются от перлита меньшей толщиной пластин феррита и цементита и более высокими механическими свойствами.
Бейнит при непрерывном охлаждении в углеродистых сталях не образуется. В этих сталях бейнит образуется при прерывистом охлаждении с промежуточной изотермической выдержкой, поэтому на данной диаграмме нет графического отражения условий его образования.
Вектор V4 (охлаждение в воде) соответствует скорости охлаждения, при которой диффузионный распад аустенита становится невозможным. Происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит закалки в интервале температур МН - МК. Скорость охлаждения V4называется критической скоростью закалки (Vкр.зак.). При этой скорости охлаждения аустенит превращается в мартенсит без образования при этом структур перлитного типа. Из-за отрицательного значения температуры МК часть аустенита не превращается в мартенсит, а сохраняется в структуре в виде остаточного аустенита.
Вектор V5 (охлаждение в соляных или синтетических водных растворах), соответствует скорости охлаждения, превышающей критическую скорость закалки. Такая скорость охлаждения оправдана при закалке углеродистых сталей. В этих сталях переохлажденный аустенит весьма неустойчив, и существует вероятность частичного образования при закалке структур перлитного типа. При скорости охлаждения V5 такая вероятность становится минимальной.