- •Введение.
- •1. Цели и задачи предмета «Материаловедение и ткм».
- •2. Связь предмета «Материаловедение и ткм» с другими предметами.
- •3. Роль отечественных и зарубежных учёных в развитии материаловедения как науки.
- •Основные задачи курса:
- •Раздел 1. Основы металловедения.
- •Тема 1. Строение и свойства металлов.
- •Тема 2. Механические свойства металлов
- •Тема 3. Основы теории сплавов
- •1. Понятие о сплаве, компоненте, фазе, системе.
- •2. Структурные составляющие при кристаллизации сплавов: твердые растворы, химические соединения, механические смеси.
- •3.Диаграммы состояния двойных сплавов. Критические точки и линии.
- •Тема 4 . Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния «железо-цементит».
- •1.Диаграмма состояния системы «железо-цементит» в упрощенном виде.
- •2.Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
- •3.Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны.
- •Темы 5. Производство чугуна и стали.
- •Тема. Производство алюминия и меди, титана и магния. (самостоятельное изучение)
- •Тема 6. Чугуны и углеродистые стали, их свойства, маркировка и область применения.
- •Тема 7. Легирование сталей и чугунов
- •1. Общие сведения о легированных сталях. Легирование сталей, их классификация и маркировка.
- •2. Область применения легированных сталей.
- •3. Легирование чугунов, их маркировка и область применения.
- •2. Конструкционные легированные стали (гост 4543–71).
- •Тема 8. Сплавы цветных металлов, их маркировка и область применения.
- •2. Алюминий и его сплавы.
- •3. Магниевые и титановые сплавы.
- •Тема 9. Коррозия металлов, её виды. Металлокерамические твёрдые сплавы.
- •(Самостоятельное изучение)
- •1. Превращения при нагревании стали.
- •2. Диаграмма изотермического превращения аустенита.
- •3. Структуры, получаемые при различных скоростях охлаждения.
- •Тема 10. Термическая и химико-термическая обработка.
- •1. Отжиг и нормализация стали.
- •2. Термообработка. Закалка. Виды закалки. Отпуск, его виды.
- •Тема 11. Литейное производство. Литьё в разовые формы.
- •1. Сущность и назначение литейного производства. Модельный комплект, его назначение и состав.
- •2. Требования к стержневым и формовочным смесям, их состав.
- •3. Основные сведения об изготовлении литейной формы.
- •Тема 12. Специальные методы литья.
- •Тема 13. Обработка металлов давлением, её виды. Прокатка.
- •Тема 14. Прессование и волочение.
- •Тема 15. Сварка и резка металлов. Электродуговая сварка, применяемое оборудование.
- •Тема 16. Специальные способы сварки.
- •1. Электроконтактная сварка, ее виды и области применения.
- •2. Общие сведения об автоматической сварке под слоем флюса, в среде защитных газов, электрошлаковой сварке.
- •3. Сварка трением, холодная сварка, ультразвуковая, плазменная, лазерная сварка, сварка электронным лучем.
- •Тема 17. Газовая сварка и резка металлов.
- •1. Сущность газовой сварки, применяемые материалы.
- •2. Оборудование и принадлежности для газовой сварки и резки.
- •3. Технология газовой сварки и резки.
- •3. Оборудование и аппаратура для газовой сварки и резки
- •Тема . Методы контроля сварных соединений. ( на самостоятельное изучение).
- •Тема 18. Пайка металлов и сплавов.
- •Тема. Основы слесарной обработки. (самостоятельное изучение)
- •1. Рабочее место слесаря.
- •2. Разметка.
- •3. Основные виды слесарных операций.
- •3. Основные виды слесарных операций.
- •Тема 19. Обработка резанием. Основы теории резания.
- •Тема 20. Сверлильные и расточные станки.
- •Тема 21. Строгальные, долбёжные и шлифовальные станки.
- •Тема 22. Электрические методы обработки изделий.
- •2. Понятие об анодно-механическом и электроконтактном способах обработки.
- •3. Ультразвуковая обработка материалов.
- •4. Лазерная и электронно - лучевая обработка.
- •Тема 23. Древесные материалы и пластические массы.
- •4. Способы получения изделий из пластмасс
- •Тема. Лакокрасочные и клеевые материалы. (самостоятельное изучение)
- •Тема 24. Резиновые и прокладочные материалы
- •Тема 25. Проводниковые материалы.
- •1. Классификация и основные свойства проводниковых материалов.
- •2. Материалы высокой проводимости.
- •3. Сверхпроводники и криопроводники.
Тема 4 . Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния «железо-цементит».
Вопросы:
1.Диаграмма состояния системы «железо-цементит» в упрощенном виде.
Характерные точки и линии диаграммы «железо-цементит».
2.Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
3.Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны.
1. На диаграмме состояния (рис. 13) представлены две системы сплавов. Система Fе – Fе3С называется неустойчивой (метастабильной) в связи с тем, что цементит представляет собой неустойчивое соединение, способное при нагреве распадаться. Она показана сплошными линиями и характеризует стали и белые чугуны – сплавы со связанным углеродом.
Система Fе – С (стабильная) показана пунктирными линиями и характеризует сплавы, в которых углерод находится в свободном состоянии (графит).
При изучении превращений, происходящих в сталях, и белых чугунах, пользуются диаграммой Fе – Fе3С, а при изучении серых чугунов – обеими диаграммами (Fе – Fе3С и Fе – С). В практике термообработки черных металлов пользуются диаграммой Fе – Fе3С.
Точка А соответствует температуре плавления (затвердевания) чистого железа (1539 °С), точка D – температуре плавления цементита (~1250°С).
Рис. 13. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов (в упрощенном виде)
Точка G – температура полиморфного превращения γ-железа в α–железо (911 °С).
Точка Р – предельная растворимость углерода в α-железе при температуре 727 °С, которая не превышает 0,02 %.
Точка S – предельное содержание углерода в перлите (0,8%).
Точка F – предельное содержание углерода в цементите (6,67%).
Точка E – предельное содержание углерода в аустените (2,14%).
Точка С – предельное содержание углерода в ледебурите (4,3%).
По характеру превращения сплавов с изменением температуры всю диаграмму можно разбить на две части: верхнюю, охватывающую первичную кристаллизацию сплавов, от линии ликвидуса АСD до линии солидуса АЕСF; нижнюю, охватывающую вторичную кристаллизацию сплавов и образование определенных структур, от линии солидуса до полного охлаждения.
Выше линии ликвидуса АСD сплавы любой концентрации находятся в жидком состоянии. Линия солидуса АЕСF показывает температуру затвердевания сплавов, на ней заканчиваются процессы первичной кристаллизации. Между линией солидуса и линией РSК, проходят процессы вторичной кристаллизации сплавов.
2. Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в гамма-железе с гранецентрированной кубической решеткой с максимальным содержанием углерода 2,14%. Аустенит обладает большой вязкостью, хорошей сопротивляемостью истиранию, химической стойкостью и твердостью НВ 170...220.
Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе с предельной концентрацией 0,02% при 727 °С и 0,006% - при нормальной температуре. Он имеет объемно-центрированную кубическую решетку. Феррит имеет твердость НВ 80, он пластичен, хорошо обрабатывается давлением.
Цементит – химическое соединение железа с углеродом (Fе3С), содержащее 6,67% С. Он имеет сложную орторомбическую решетку и обладает высокой твердостью (НВ 800) и хрупкостью, пластичность его близка к нулю. При медленном нагревании и выдержке при высокой температуре он распадается, выделяя свободней углерод в виде графита. Цементит, находящийся в чугуне, придает излому характерный белый цвет, отсюда и произошло название чугунов.
Перлит – эвтектоидная смесь зерен цементита и феррита, соответствующая полному распаду твердого раствора аустенита, содержащая 0,8 % С. Прочность перлита Gв = 550...1300 МПа, пластичность δ = 5...20 %, твердость 160...260 НВ.
Ледебурит – эвтектическая смесь, состоящая в момент образования из цементита и аустенита, предельно насыщенного углеродом. Аустенит при 727 °С превращается в перлит, и при нормальной температуре ледебурит состоит из смеси перлита и цементита. Твердость ледебурита НВ 700, он очень хрупкий и содержит 4,3 % С.
3. По структурным составляющим, полученным в результате первичной кристаллизации, все сплавы системы Fе – Fе3С делятся на стали – сплавы, содержащие до 2,14% С, в которых не образуется ледебурита, и чугуны (белые) – сплавы, содержащие от 2,14 до 6,67 % С, в которых образуется ледебурит.
Исходя из вышесказанного, по диаграмме состояния различают стали трех типов: эвтектоидные стали, содержащие 0,8 % С, доэвтектоидные стали, содержащие от 0,02 до 0,8 % С и заэвтектоидные стали, содержащие от 0,8 до 2,14 % С.
По диаграмме состояния различают белые чугуны трех типов: эвтектический чугун, содержащий 4,3 % С, со структурой из эвтектики (ледебурит); доэвтектические чугуны, содержащие 2,14...4,3% С; заэвтектические чугуны, содержащие 4,3...6,67% С.