26.11.2020г.

                                    ПРЕДМЕТ" МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ"

                                             ГРУППЫ № 303, № 311

Группа № 303 темы уроков : "Зависимость качества от химического состава"," Ударная вязкость".

Изучить материал и составить краткий конспект.

Если кристаллы образованы различными химическими элементами, то изменяется тип связи и характер взаимодействия частиц. К материалам со сложным химическим составом относят сплавы. Диаграммы состояния сплавов,  зависят от того, в какие взаимодействия вступают образующие сплав компоненты.  Свойства сплавов также зависят от того, какие фазы или какие соединения образовали компоненты сплава.При образовании непрерывных твердых растворов (I) свойства сплавов изменяются по криволинейной зависимости, причем многие свойства (особенно электросопротивление) могут существенно отличаться от свойств компонентов. При образовании ограниченных твердых растворов (II) свойства в интервале концентраций, отвечающих однофазным твердым растворам (неограниченная растворимость компонентов друг в друге), изменяются по криволинейному закону, а в двухфазной области (области существования механической смеси — эвтектики) — по прямолинейному закону, причем крайние точки на прямой — это свойства предельно насыщенных твердых растворов, образующих эту механическую смесь. При образовании химического соединения (III) на диаграмме состав-свойства имеется максимум (минимум) значений свойств, соответствующий химическому соединению на диаграмме состояний. Путем добавления металла с большим электрохимическим потенциалом, дающего твердый раствор, можно повысить коррозионную стойкость, в случае образования химического соединения возможны различные виды кривых потенциала.

• изменение физико-механических свойств сплавов в зависимости от состава определяется типом взаимодействия компонентов; • свойства твердых растворов плавно изменяются при изменении состава; • механические свойства в случае образования смесей изменяются по линиям, близким к прямым, и являются средними между свойствами отдельных фаз. Свойства смесей существенно зависят от их дисперсности. Так, мелкодисперсные смеси характеризуются большей пластичностью, твердостью и прочностью; • эвтектические сплавы используются для литья, плавких предохранителей, припоев, подшипниковых сплавов, которые должны состоять из мягких и твердых составляющих; • наилучшие для конструкционных материалов сочетания прочности и пластичности получаются в твердых растворах или дисперсных смесях; • для инструментальных материалов с высокими значениями твердости лучшими являются материалы, имеющие в составе химические соединения или дисперсные смеси; • оптимальными сточки зрения электрических свойств для сплавов высокого сопротивления являются твердые растворы замещения; • для проводниковых материалов с высокой электропроводностью наилучшим является использование чистых металлов; • для антифрикционных сплавов наиболее подходящих  механические смеси разных по свойствам фаз; • литейные свойства сплавов определяются характером кристаллизации, что в существенной степени определяется разницей температур ликвидуса и солидуса. Чем больше эта разница, тем больше объем усадочной пористости и больше ликвация по составу. Сопротивляемость деформации литейных сплавов, к числу которых относятся также припои и сварочные материалы, определяется коэффициентом термического сжатия и механическими свойствами сплавов; • обработке давлением лучше всего поддаются однофазные материалы (чистые компоненты и твердые растворы). В двухфазных сплавах может проявляться хладно- и красноломкость, т.е. охрупчивание при комнатной и повышенной температуре; • для обработки резанием в целях получения поверхности с низкой шероховатостью при одних и тех же энергозатратах лучше использовать многофазные сплавы. Обработка резанием сплавов с эвтектикой определяется природой фаз, но обработка резанием идет легче, чем в случае вязких чистых металлов и твердых растворов. Образующаяся поверхность характеризуется более низкой шероховатостью из-за образования ломкой стружки. Все дальнейшие обработки (термические, деформационные и др.) приведут к изменению свойств металлов и сплавов в определенных пределах, но «фундамент» свойст  заложен  его химсоставом   и, в значительной степени, — процессом первичной кристаллизации и способом получения материала.                                                     УДАРНАЯ  ВЯЗКОСТЬ. При создании высокотвердых, прочных материалов необходимо учитывать такое их свойство как вязкость или сопротивление хрупкому разрушению, определяющее способность материала пластически деформироваться в условиях динамических нагрузок. Хрупкий тип разрушения — самый опасный, так как трещина возникает мгновенно, в течение долей секунды, быстро растет, превращаясь в так называемую магистральную трещину. В случае линий трубопровода магистральная трещина может пройти вдоль нескольких труб за считанные секунды. Особое внимание на возможность сталей сопротивляться хрупкому разрушению уделяют при расчете металлоконструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях северных широт, так как низкие температуры способствуют охрупчиванию металла. В ходе инженерных расчетов используют такой критерий, как ударная вязкость, которая количественно описывает сопротивление материала хрупкому разрушению. Ударная вязкость показывает, сколько нужно энергии (работы) для разрушения образца заданного поперечного сечения. Испытание для определения ударной вязкости относится к динамическим и осуществляется с помощью маятникового копра. Принцип действия заключается в падении бойка с определенной высоты на испытываемый стандартный образец металла. После чего, основываясь на разнице энергий бойка до и после удара, определяется работа, потраченная на разрушение образца. Чтобы полученные на разных образцах значения можно было сравнивать, их приводят к площади сечения испытываемого образца. Образцы для испытаний стандартизованы и имеют вид стержня с квадратным сечением площадью 1 см2. В середине образца на одной из сторон наносят искусственный концентратор напряжений, имеющий три варианта исполнения: в форме буквы U; в форме буквы V; в виде усталостной трещины. При испытаниях на ударную вязкость оценивают также поверхность разрушения образца и определяют соотношения доли вязкой и хрупкой составляющей в изломе. Такой анализ выполняется либо визуально, либо с применением цифровых методов текстурного анализа, реализованных в анализаторе изображений Thixomet. Если металл после испытания на ударную вязкость при нормальных климатических условиях показывает хрупкий излом, то его эксплуатация при пониженных температурах недопустима. ГРУППА №311 тема урока: "КЛАССИФИКАЦИЯ  СТАЛЕЙ". Изучить  материал и составить краткий конспект. Сталь - деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. Получают, главным образом, из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном. 99% всей стали - материал конструкционный в широком смысле слова: включая стали для строительных сооружений, деталей машин, упругих элементов, инструмента и для особых условий работы - теплостойкие, нержавеющие, и т.п. Его главные качества - прочность (способность выдерживать при работе достаточные напряжения), пластичность (способность выдерживать достаточные деформации без разрушения как при производстве конструкций, так в местах перегрузок при их эксплуатации), вязкость (способность поглощать работу внешних сил, препятствуя распространению трещин), упругость, твердость, усталость, трещиностойкость, хладостойкость, жаропрочность. Для изготовления подшипников широко используют шарикоподшипниковые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ. Шарикоподшипниковые стали обладают высокой твердостью, прочностью и контактной выносливостью. Пружины, рессоры и другие упругие элементы работают в области упругой деформации материала. В то же время многие из них подвержены воздействию циклических нагрузок. Поэтому основные требования к пружинным сталям - это обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению (55С2, 60С2А, 50ХФА, 30Х13, 03Х12Н10Д2Т). Высокопрочные стали имеют высокую прочность при достаточной пластичности (среднеуглеродистая легированная сталь 40ХН2МА), высокой конструктивной прочностью, малой чувствительностью к надрезам, высоким сопротивлением хрупкому разрушению, низким порогом хладноломкости, хорошей свариваемостью. Классификация сталей и сплавов производится: по химическому составу; по структурному составу; по  качеству  (по  способу производства и  содержанию  вредных примесей); по  степени  раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице; по назначению. Химический состав По химическому составу углеродистые стали делят в зависимости от содержания углерода на следующие группы: малоуглеродистые - менее 0,3% С; среднеуглеродистые - 0,3...0,7% С; высокоуглеродистые - более 0,7 %С. Для улучшения технологических свойств стали легируют. Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Сr, Ni, Мо, Wo, V, Аl, В, Тl и др.), а также Mn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование. В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов: низколегированные - менее 2,5%; среднелегированные - 2,5...10%; высоколегированные - более 10%. Структурный состав Легированные стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу: в отожженном состоянии - доэвтектоидный, заэвтектоидный, ледебуритный (карбидный), ферритный, аустенитный; в нормализованном состоянии - перлитный, мартенситный и аутенитный. К перлитному классу относят углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартенситному   - с более высоким и к аустенитному   - с высоким содержанием легирующих элементов. Классификация стали по содержанию примесей По качеству, то есть по способу производства и содё примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы Классификация сталей по качеству Группа S, % Р, % Обыкновенного качества (рядовые) менее 0,06 менее 0,07 Качественные менее 0,04 менее 0,035 Высококачественные менее 0,025 менее 0,025 Особовысококачественные менее 0,015 менее 0,025