Понятие о диаграммах состояния.

В технике применяется большое количество различных сплавов. Так, только промышленных сплавов Fe-C (стали, чугуны) насчитывается несколько сотен. Для того чтобы облегчить изучение и запоминание свойств сплавов, было предложено пользоваться так называемыми диаграммами состояния сплавов, которые графически изображают превращения, происходящие в сплавах в зависимости от химического состава и температуры. При построении таких диаграмм по горизонтальной оси (оси абсцисс) откладывают долю компонентов сплава в %, а по вертикальной оси (оси ординат) – значения температуры в ⁰С.

Диаграмму состояния строят на основании ряда кривых охлаждения сплавов с различным содержанием в них компонентов, такие кривые получают путем лабораторных исследованиях сплавов.

Различают два основных рода диаграмм состояния:

Диаграммы I рода,

диаграммы II рода.

Диаграммы I рода характеризуют сплавы типа механической смеси. Диаграммы II рода – сплавы типа твердого раствора.

В тех случаях, когда компоненты сплава образуют химические соединения или имеют ограниченную растворимость, получаются более сложные диаграммы, представляющие собой комбинацию диаграмм I и II рода. В качестве примера рассмотрим диаграмму II рода для сплава свинца с сурьмой. Кривые охлаждения подобных сплавов отличаются от кривых охлаждения чистых металлов некоторыми характерными особенностями. Так, кривая охлаждения чистого металла показывает, что сначала металл охлаждается в жидком состоянии (участок 1-2), а затем при постоянной температуре (участок 2-3) происходит затвердевание с выделением теплоты, после чего металл остывает уже в твердом состоянии (участок 3-4)

Кривая же охлаждения сплава типа механической смеси отличается от предыдущей кривой тем, что затвердевание сплава протекает здесь как бы в две стадии: сначала (участок 2-2^`) выделяются кристаллиты тугоплавкого компонента (в данном случае сурьме) и происходит последующее охлаждение жидкого сплава, а затем (участок 2-3) выделяются кристаллиты, причем одновременно обоих компонентов (Sb и Pb), образующие равномерную механическую смесь, называемую эвтектикой. Таким образом, в отличие от чистого металла, подобные сплавы затвердевают не при одной температуре, а в интервале температур затвердевания определяемом верхним и нижним значениями температур (t_n и t_b). Что же будет происходить, если сплав имеет состав, соответствующий эвтектике (в данном случае 13% Sb и 87% Pb). Такой сплав называется эвтектическим, отличается от всех других сплавов тем, что он подобно чистому металлу, полностью затвердевает при одном неизменном значении температуры.

Если таким образом найти интервалы температур затвердевания ряда сплавов свинца с сурьмой, то можно построить диаграмму, дающее представление о состоянии любого сплава. Отдельные области на этой диаграмме соответствуют следующим состояниям:

I- жидкое

II-кристаллиты свинца и жидкий сплав

III-кристаллиты сурьмы и жидкий сплав

IV-кристаллиты свинца и эвтектики

V- кристаллиты сурьмы и эвтектики

Линия ликвидус АВС показывает, что выше нее любой сплав свинца с сурьмой будет находится в жидком состоянии, а линия солидуса ДВЕ показывает, что ниже нее все сплавы свинца с сурьмой будут находится в твердом состоянии. Точка В указывает эвтектический состав сплава: сплава левее этой точки называется доэвтектическими, а правее – заэвтектическими.

Большое значение рассмотрение диаграмм состояния сплавов заключается в том, что помимо структуры, они дают возможность установить температуру их плавления, а так же возможность применения термической обработки с целью повышения механических свойств сплава. Термическая обработка применяется для тех сплавов, строение которых может изменятся в твердом состояние, т.е. для сплавов, обладающих способностью к вторичной кристаллизации. Подобной способностью обладают многие технические сплавы, в тем числе и такие сплавы железа с углеродом, как сталь.

Понятия о механических свойствах сплавов.

Выбор той или иной марки сплава в большинстве случаев должен обеспечить ввысоке эксплуатационные качества как отдельно отлитых деталей машин, так и всей машины в целом. Механические испытания позволяют определить наиболее важные свойства испытуемого сплава: прочность, пластичность, вязкость и др. свойства.

Значение которых необходимо для оценки надежности работы отливки.

Испытание на растяжение.

Статическое испытание механических свойств применяется для большинства литейных сплавов. Испытание на растяжение обычно проводят над цилиндрическими образцами, которые укрепляются в зажимах разрывной машины и медленно растягиваются постепенно увеличивающимся усилием машины

Образец для испытания на растяжение до испытания.

Увеличение длины и уменьшение поперечного сечения образцов характеризует пластические свойства сплавов. Чем больше значения относительного удлинения образца и относительного сужения его поперечного сечения, тем пластичнее сплав и тем меньше опасность хрупкого разрушения изделий из этого сплава при их большей нагрузке.

Относительное удлинение (%) δ определяется по следующей формуле:

Где l_о и l₁ – первоначальная и конечная расчетная длина образца, мм.

Относительное сужение поперечного сечения (%) φ и определяется по формуле

Где F_O и F₁ – первоначальная и конечная площади поперечного сечения образца, мм².

Примером пластических сплавов могут случить мягкие низкоуглеродистые стали (СТ 3) имеющие относительное удлинение 20-30% и относительное сужение 35-50%.

Чугун является хрупким малопластичным сплавом.

Методы испытаний на растяжение определены в ГОСТ 1497-84.

Отбор проб и изготовление образцов для механических испытаний определены ГОСТ 24648-90.