Диаграмма состояния двойных сплавов для случая образования двойной фазы, фазовый и структурный анализ

Двойная фаза называется эвтектикой. Эвт реакция протекает по схеме: Ж_с = a_E+b_F, изотермически, и при пост составе реагир фаз, тк в двукомп сплаве существ одновременно 3 фазы. Число степ свободы равно 0. С=К+1-Ф=2+1-3=0. Для эвтектики характерно количественное соотношение фаз a_E/b_F = СF/CE.

 

В областях a и b образуются однородные твердые растворы: a на базе компонента А и b на базе компонента В. Предельная концентрация А в фазе b определяется линией FQ.

Твердый раствор В в А является твердым раствором огранич и переменной растворимости. Линия ЕР – это линия растворимости, которая определяет равновесное содержание раств компонента при изменении температуры. Максимальное содержание компонента В в a-фазе определяется точкой Е и при охлжадении снижается до точки Р.

Рассмотрим превращения сплава I состава х1. После полного затвер­девания в точке 2 кристаллы имеют состав х1 и сохраняют его до точки 3. При дальнейшем охлаждении концентрация компонента В в твердом растворе уменьшается до состава, соответствующего точке Р.

Для данного сплава можно определить фазовое состояние при любой заданной температуре, например при t1.Используя правило определения состава фаз, через точку т проводим горизонтальную линию до пересе­чения с ближайшими линиями диаграммы состояния ЕР и FQ;проекции точек пересечения а и 6 на ось концентрации укажут состав фаз. Твер­дый раствор а имеет состав, соответствующий х_а, а твердый раствор Бета-состав, соответствующий Q. Количественное соотношение Бета- и альфа-фаз при t1 будет определяться соответственно отрезками ат и тb1 (в масштабе всего отрезка аb1). По мере уменьшения концентрации в твердом растворе компонент В выпадает в виде твердого раствора Бетасостава, соответствующего Q. Вы­падающие кристаллы твердого раствора Бета называют вторичными и обо­значают Бета_II этим подчеркивают, что они выпали из твердого раствора, а не из жидкого. Конечная структура данного сплава будет состоять из двух фаз альфа+бета_II(рис. 4.5, а). Твердые растворы альфа, содержащие компонент В в количестве, меньшем Р, при охлаждении ниже линии солидуса А1Е Фазовых превращений не испытывают. Из всех сплавов данной диаграммы выделяется сплав ///, который называется эвтектическим (наиболее легкоплавким). Он кристаллизуется с одновременным выделением двух твердых фаз опре­деленной концентрации: твердого раствора а состава точки Е и твердого раствора Бета состава точки F.

Факторы, влияющие на износостойкость в условиях абразивного изнашивания, в условиях высоких удельных давлений, в условиях кавитации. Износостойкие материалы высокой и невысокой твердости. Состав, марки, применение.

Изнашивание – процесс постепенного разрушения поверхностных слоёв материала путем отделения его частиц под влиянием сил трения. Результат изнашивания – износ. Абразивное изнашивание – разрушение поверхности происходит за счет микрорезания, происходящего за счет посторонних включений и неровностей поверхности. При абразивном изнашивании в условиях скольжения относительная износостойкость металлов и сплавов линейно связана с твердостью. Зависимость износостойкости материалов от твердости при различных давлениях на поверхности контакта не меняется. В таких условиях критерием износостойкости является мера сопротивления стали прямому внедрению в нее абразивной частицы, т. е. твердость. На реальность такой гипотезы указывает линейная связь между твердостью стали и ее износостойкостью при ударно-абразивном изнашивании, проявляющаяся в определенных условиях внешнего силового воздействия. Аналогичная зависимость была получена в работе [44]. Однако такая зависимость сохраняется только до определенного значения энергии удара. При увеличении энергии удара наблюдается перелом линейной зависимости износостойкость -^- твердость. По мере удаления от максимума этой зависимости в область более высокой или более низкой твердости износостойкость стали уменьшается.

Кавитация — (от лат. cavitas — пустота) — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация). Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну.

Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей и др. В местах контакта жидкости с быстро движущимися твердыми объектами (рабочие органы насосов, турбин, гребные винты судов, подводные крылья и т.д.) происходит локальное изменение давления. Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара, происходит нарушение целостности среды. Или, проще говоря, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит "схлопывание" пузырьков пара, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твердых объектов. Их как-бы "разъедает". Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна - полость, заполненная паром. В результате нормальная работа лопастей нарушается и возможен даже полный срыв работы насоса. Любопытно, но есть примеры, когда кавитационная каверна специально закладывается при расчете насоса. В тех случаях, когда избежать кавитации невозможно, такое решение позволяет избежать разрушительного влияния кавитации на рабочие органы насоса. Режим, при котором наблюдается устойчивая кавитационная каверна, называют "режимом суперкавитации".

Материалы с высокой твердостью поверхности.

При работе в условиях больших давлений и ударов, наибольшей работоспособностью обладают аустенитные стали с низкой исходной твердостью, но способные из-за высокого деформац. упрочнения (наклепа) формировать высокую твердость поверхности в условиях эксплуатации.

Абразивное изнашивание – ведущими являются процессы многократного деформирования пов-ти скользящими по ней частицами и микрорезанием. Поэтому наибольшей износостойкостью обладают материалы, состоящие из частиц твердой карбидной фазы и удерживающей их высокопрочной матрицы. Карбидные сплавы применяют при наиболее тяжелых условиях работы.

Карбидные сплавы применяют при наиболее тяжелых условиях работы в виде литых и наплавочных материалов. Для наплавки на поверх­ность деталей используют прутки из этих сплавов, которые нагревают ацетиленокислородным пламенем или электродугой.

В промышленности используют более ста сложных по химическому составу литых и наплавочных материалов. Они представляют собой спла­вы с высоким содержанием углерода (до 4 %) и карбидообразующих эле­ментов (Сг, W, Ti). В их структуре может быть до 50% специальных карбидов, увеличение количества которых сопровождается ростом изно­состойкости.

Структуру матричной фазы регулируют введением марганца или ни­келя. Она может быть мартенситной, аустенитно-мартенситной и аусте-нитной.

Для деталей, работающих без ударных нагрузок, применяют спла­вы с мартенситной структурой. К ним относятся сплавы типа 250X38, 320Х23Г2С2Т (первые три цифры показывают содержание углерода в со­тых долях процента). Детали, работающие при значительных ударных нагрузках (зубья ковшей экскаваторов, пики отбойных молотков и др.), из­готовляют из сплавов с повышенным содержанием марганца с аустенитно-мартенситной (370Х7Г7С) или аустенитной (110Г13, 300Г34) матрицей.

Для деталей машин, работающих при средних условиях изнашива­ния, применяют твердые сплавы, структура которых состоит из специ­альных карбидов (WС, ТiC, ТаС), связанных кобальтом, а также высоко­углеродистые стали типа Х12, Х12М, Р18, Р6М5 со структурой мартенсит+ карбиды). Эти материалы относятся к инструментальным.

Низко- и среднеуглеродистые стали с различными видами поверх­ностного упрочнения и чугуны применяют для более легких условий из­нашивания. В частности, для деталей, работающих в условиях граничной смазки (гильзы цилиндров, коленчатые валы, поршневые кольца и пр.).

Билет19

Цели легирования конструкционных сталей. Влияние легирующих элементов на механические свойства и прокаливаемость конструкционных сталей. Классификация легированных сталей по структуре в отожженном и нормализованном состоянии.

Легирование – карбидообр эл-ты (Ni, V, Mo, Cr) образуют карбиды при выплавке, задерживают рост зерна при нагреве под закалку в аустените, влияют на мартенсит при высоком отпуске: 1) Задерживают выделение цементита, 2) затрудняют распад мартенсита. Некарбидообр эл-ты (Si, Ni, Mn, Al, Cu) замедляют диффузию.

Все лег эл-ты в феррите обазуют твердорастворное упрочнение по типу замещения, атомы внедрения (C, O, H, N) скапливаются на дислокациях и блокируют их.

Закалка+старение – дисп частицы вторичной фазы создают сильное торможение дислокаций. Дислокации, перемещаясь в пл-ти скольжения, должны перерезать либо огибать частицы.

Марка легированной стали – буквенно-цифровой код ее химического состава.Каждый элемент обозначается заглавной буквой русского алфавита:

а) по первой букве русского названия Н – Ni; В – W; Т – Ti; Х – Cr; М – Mo; Г – Mn; Д – Cu; Ю – Al; А – N; Б – Nb;

б) по первой букве латинского названия С – Si;

в) просто условное обозначение Ф – V;

Марка легированной стали:

Если число соответствующее содержанию углерода двухзначное, то это содержание углерода в сотых долях процента, если в единицах, то это содержание углерода в десятых долях процента.

– низколегированные

– среднелегированные

– высоколегированные

Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.

1. Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель – сильный аустенизатор).

2. Хром. Если содержание в стали хрома больше 12%, то сталь – нержавеющая (при условии растворения хрома в кристаллической решетке железа). Хром – сильно карбидообразующий элемент. Из-за образования карбидов коррозионная стойкость стали может уменьшаться. В стали 12Х18Н10Т предотвращено образование карбидов хрома на зернах.

3. Вольфрам. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Карбиды вольфрама устойчивы и действуют при температуре выше температуры применения. Вольфрам используют для изготовления инструментальных сталей. 4. Ванадий. Ванадий повышает устойчивость к циклическим нагружениям и высоким температурам. 5. Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей.

6. Кремний – ферритизатор – повышает устойчивость феррита при высоких температурах, то есть такая сталь обладает хорошими электро-магнитными свойствами (феррит – сильный ферромагнетик). Стали с высоким содержанием кремния используются для изготовления сердечников для электроприборов.