Главная


Технология металлов и сварка




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 17 ... 51 ... 85 ... 119 ... 153 ... 187 ... 221 ... 255 ... 289 ... 323 ... 357 ... 391 ... 425 ... 459 ... 465
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101


скачать книгу Технология металлов и сварка




Однако во всех этих случаях упрочнение далеко не достигает тео­ретического значения. Следовательно, в той или иной степени наличие дислокаций в реальном металлическом кристалле является причиной понижения его прочности за счет проявления способности пластиче­ски деформироваться при напряжениях, меньших теоретического уровня.
...
Следует отметить, что взаимодействия дислокаций друг с другом и с другими дефектами металла настолько сложны, что на основе прос­тых дислокационных теорий нельзя предсказывать прочность твердых тел. Однако теория дислокаций позволяет качественно характери­зовать процессы деформации, разрушения и упрочнения твер­дых тел.
...
Все процессы, протекающие в металлах и сплавах, а также форми­рование их свойств неразрывно связаны с характером и плотностью дефектов кристаллического строения и, в первую очередь, дислокаций. Так, пластическая деформация, обычно представляющая собой внутри-зеренный сдвиг, осуществляется, как об этом было сказано выше, путем движения дислокаций.
...
Теория дислокаций объясняет зависимость между деформациями и напряжениями, вскрывает причины деформационного упрочнения (наклепа). Чем больше плотность дислокаций при
...
нельзя объяснить без учета взаимодействия растворенных атомов с дефектами кристал­лического строения и, в первую очередь, с дислокациями.
...
Теория дислокаций описывает характер взаимодействия дислока-ций с дисперсными частицами других фаз и вскрывает причины упрочнения стареющих сплавов.,
...
Итак, многие вопросы металловедения неразрывно связаны с тео­рией дислокаций. Теория дислокаций подсказала пути реализации скрытых резервов прочности металлов, заключающиеся в более пол­ном использовании сил межатомных связей в кристаллической решет­ке. Это выразилось, в частности, в разработке принципиально новых, практически бездислокационных материалов — нитевидных кристал­лов металлов и других кристаллических веществ (графита, окислов и др.), обладающих чрезвычайно высокой прочностью в повышении прочности ранее известных марок стали путем комбинированной тер­момеханической обработки (ТМО).
...
Все металлы находятся в твердом состоянии до определенной тем­пературы. Атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, не­прерывно совершают колебательные движения с частотой порядка
...
выше температура металла, тем больше амплитуда колебания атомов. При определенном наг­реве металла амплитуда коле­бания атомов достигает некото­рой критической величины, при которой происходит разруше­ние кристаллической решетки, приводящее к хаотическому пе­редвижению молекул или ато­мов друг относительно друга и переходу металлов из твердого
...
определенной температуре пла­вления. Аморфные (псевдотвер-лые) вещества не имеют строго определенной температуры перехода из твердого состояния в жидкое. Поэтому аморфные вещества мо­жно рассматривать как переохлажденную жидкость.
...
Любое вещество может находиться в четырех агрегатных состоя­ниях: твердом, жидком, газообразном и плазменном. Переходы из одного агрегатного состояния в другое называют фазовыми превра­щениями; для чистых кристаллических тел они происходят при строго определенных температурах.
...
Кристаллизацией называют процесс образования кристаллов из жидкой или газообразной фазы. Форма, величина, а также ориентиров­ка кристаллов влияют на все свойства металлов и сплавов.
...
На рис. 25 показана кривая охлаждения жидкого металла до комнатной температуры при медленном отводе тепла (малая скорость охлаждения). В точке т при температуре г° в расплаве возпикаЕот первые центры кристаллизации металла, число которых увеличи­вается по мере отвода тепла. При этом ранее возникшие кристаллы рас­тут. До тех пор пока весь жидкий металл не затвердеет (в точке п), температура остается постоянной. Этот процесс сопровождается выде­лением скрытой теплоты плавления. На кривой охлаждения (рис. 25) образуется горизонтальный участок, показывающий, что затвердева­ние металла из расплава происходит при строго постоянной темпера­туре. После затвердевания металла наблюдается плавное понижение его температуры. Температуру, при которой металл переходит из жидкого состояния в твердое, называют температурой первичной кристаллизации. Температура кристаллизации (а следовательно, и плавления) различных металлов находится в широких пределах — от —38,9 (Hg) до 4-3410° С (W). Кроме первичной кристаллизации возможна вторичная — изменение кристаллического строения метал­ла в твердом состоянии.
...
Разность между теоретической /т и фактической гф температурами кристаллизации называют степенью переохлаждения Ы = /т — гф.
...
Д. К. Чернов установил, что процесс кристаллизации можно определить количественно, если известны две величины — скорость зарождения центров кристаллизации и скорость роста кристаллов.
...
Скоростью зарождения называют число центров (ч. ц.) кристал­лизации, зарождающихся в единице объема металла в единицу вре­мени.
...
Г. Тамман установил определенную связь между скоростью за­рождения и скоростью роста кристаллов в зависимости от переохлаж­дения металла.
...
Число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов с повышением степени переохлаждения увеличиваются, достигают мак­симума и затем уменьшаются до нуля (рис. 26). При малой степени переохлаждения Д/4 скорость роста (с. р.) велика, а скорость за­рождения центров (ч. ц.) мала, в результате металл получит крупно­кристаллическое строение.
...
При At2 скорость роста замедляется, а скорость зарождения цент­ров возрастает быстрее; зерно имеет несколько меньшие размеры. При Дг3 скорость роста меньше скорости зарождения центров кристал-
...
На рис. 25 показана кривая охлаждения жидкого металла до комнатной температуры при медленном отводе тепла (малая скорость охлаждения). В точке т при температуре г° в расплаве возпикаЕот первые центры кристаллизации металла, число которых увеличи­вается по мере отвода тепла. При этом ранее возникшие кристаллы рас­тут. До тех пор пока весь жидкий металл не затвердеет (в точке п), температура остается постоянной. Этот процесс сопровождается выде­лением скрытой теплоты плавления. На кривой охлаждения (рис. 25) образуется горизонтальный участок, показывающий, что затвердева­ние металла из расплава происходит при строго постоянной темпера­туре. После затвердевания металла наблюдается плавное понижение его температуры. Температуру, при которой металл переходит из жидкого состояния в твердое, называют температурой первичной кристаллизации. Температура кристаллизации (а следовательно, и плавления) различных металлов находится в широких пределах — от —38,9 (Hg) до 4-3410° С (W). Кроме первичной кристаллизации возможна вторичная — изменение кристаллического строения метал­ла в твердом состоянии.
...
лизации и металл имеет мелкокристаллическое строение. В природе самопроизвольно могут происходить процессы, сопровождающиеся уменьшением свободной энергии системы. Свободная энергия F — это
...
та часть внутренней энергии, которая может быть полностью "превра­щена в работу. Зависимость и изменение свободной энергии жидкого (Рж) и твердого (FT) состояний металла от температуры приведена на рис. 27.
...
Для плавления необходи­ма температура выше, чем Ts, например 7\. При дан­ной температуре свободная энергия жидкости Рж меньше свободной энергии твердого тела F4 и AFt = FTl — Fж>. Для развития процесса крис­таллизации необходимо соз­дать такие условия, при ко­торых свободная энергия твердой фазы будет меньше, чем свободная энергия жид­кой фазы. Как видно из гра­фика (рис. 27), это возмож­но только при некотором переохлаждении сплава.
...
отвода тепла от него. Поскольку кристаллизация начинает­ся одновременно во многих очагах объема образца, рост кристаллов правильной геометрической формы постепенно нарушается вследствие столкновения кристаллов между собой. В результате образуется мно­жество кристаллов неправильной формы [кристаллитов). При затвер­девании жидкого металла почти всегда образуются кристаллические зерна в форме дендритов.
...
На рис. 28, а представлена схема образования и роста дендритов. При затвердевании жидкого металла около одного из центров кристал­лизации первоначально формируется главная (длинная) ветвь дендри­та, ось первого порядка. От нее под определенным углом отходят оси второго порядка, от последних — оси третьего порядка и т. д.
...
На рис. 28, б показан знаменитый кристалл (дендрит) Чернова, найденный во внутренней полости (раковине) слитка стали массой 3,45 кг и высотой 30 см.
...
Металлическими сплавами называют сложные по составу вещества, образовавшиеся в результате взаимодействия двух или нескольких металлов либо металлов с некоторыми неметаллами. Химические элементы или их устойчивые соединения, образующие сплав, принято называть компонентами. Сплавы могут состоять из двух, трех и более компонентов.
...
Способность различных металлов образовывать сплавы далеко не одинакова; структура сплавов после их затвердевания также может быть самой разнообразной.
...
Металлические сплавы в жидком состоянии, как правило, одно­родны, представляют одну фазу. В некоторых случаях металлы в жид-ьом состоянии взаимно нерастворимы и образуют отдельные слои (например, свинец и железо, свинец и цинк). Однако полная нераство­римость металлов в жидком состоянии — редкое явление; чаще встре­чается ограниченная растворимость. Если концентрация одного из металлов превышает предельную растворимость его в другом металле, го жидкость разделяется на два слоя. Ограниченной растворимостью в жидком состоянии чаще всего обладают металлы, атомные объемы и температуры плавления которых существенно различны.
...
Фазой называют однородную часть неоднородной системы, отделен­ную от других ее частей поверхностями раздела. При переходе сплавов из жидкого состояния в твердое в них может образоваться несколько фаз. После затвердевания, в зависимости от природы компонентов, сплавы могут состоять из одной, двух и более твердых фаз. Могут образовываться твердые растворы, химические соединения и механи­ческие смеси, состоящие из двух или нескольких фаз.
...
отвода тепла от него. Поскольку кристаллизация начинает­ся одновременно во многих очагах объема образца, рост кристаллов правильной геометрической формы постепенно нарушается вследствие столкновения кристаллов между собой. В результате образуется мно­жество кристаллов неправильной формы [кристаллитов). При затвер­девании жидкого металла почти всегда образуются кристаллические зерна в форме дендритов.
...
На рис. 28, а представлена схема образования и роста дендритов. При затвердевании жидкого металла около одного из центров кристал­лизации первоначально формируется главная (длинная) ветвь дендри­та, ось первого порядка. От нее под определенным углом отходят оси второго порядка, от последних — оси третьего порядка и т. д.
...
называют сплавы (из двух или более компонентов), в которых атомы растворимого компонента рас­полагаются в кристаллической решетке компонента растворителя. При образовании твердого раствора растворителем называют тот ме­талл, кристаллическая решетка которого сохраняется как основа. Если оба металла обладают одинаковыми по типу кристаллическими
...
неограниченной взаимной рас­творимостью в твердом состоя­нии (образуют непрерывный ряд твердых растворов), то раство­рителем является тот из них, концентрация которого в спла­ве превышает 50% (атомных).
...
Для образования непрерыв­ного ряда твердых растворов необходимы одинаковый тпп кристаллических решеток ком­понентов и небольшая разность периодов кристаллических ре­
...
большей их концентрацией в места с меньшей концентра­цией до тех пор, пока концентрация не станет одинаковой во всем объеме. Однако диффузия в твердых растворах протекает зна­чительно медленнее, чем в жидких, и скорость ее уменьшается с по­нижением температуры.
...
Различают три типа твердых растворов: замещения, внедрения и вычитания. Рассмотрим только первых два типа твердых растворов, так как твердые растворы вычитания встречаются сравнительно редко.
...
Твердый раствор замещения образуется путем замены части ато­мов растворителя в его кристаллической решетке атомами растворяе­мого компонента (рис. 29. а). Эти твердые растворы могут быть огра­ниченными и неограниченными.
...
Обычно компоненты, у которых атомные периоды решетки отли­чаются не более чем на 8%, образуют неограниченный ряд твердых растворов замещения; на 8—15% — твердые растворы замещения с ограниченной взаимной растворимостью; более чем на 15% — не об­разуют твердых растворов*.
...
Твердые растворы внедрения образуются путем размещения атомов растворенного компонента в свободных промежутках между атомами кристаллической решетки растворителя (рис. 29, б).
...
образуются при строго опре­деленном количественном соотношении компонентов сплава и харак­теризуются кристаллической решеткой, отличной от решеток исход­ных компонентов. Химические соединения, как правило, обладают характерными физико-механическими свойствами: высокой твердостью, повышенной хрупкостью, высоким электросопротивлением.
...
Химические соединения в сплавах образуются между металлами (интерметаллические соединения), а также между металлами и не­металлами. Некоторые соединения металлов с неметаллами (карбиды, нитриды, оксиды, фосфиды и др.) получили в технике самостоятельное применение.
...
образуются при одновременном выпадении из жидкого расплава при его охлаждении кристаллов сос­тавляющих его компонентов (эвтектические смеси). В кристаллах, которые входят в состав механической смеси, сохраняется кристалли­ческая решетка исходных компонентов сплава. Механические смеси могут состоять из чистых компонентов, твердых растворов, химиче­ских соединений и т. д.
...
Правило фаз (закон Гиббса) устанавливает количественную зави­симость между числом степеней свободы, числом фаз и числом компо­нентов. Под числом степеней свободы системы понимают число неза­висимых внешних (температура, давление) и внутренних переменных (концентрация), которые можно произвольно изменять без изменения числа фаз в системе.
...
Для металлических сплавов, находящихся под постоянным давле­нием, переменными величинами являются температура и концентра­ция. В этом случае правило фаз принимает следующий вид:
...
При кристаллизации чистого металла система состоит из одного компонента (К = 1), твердой и жидкой фаз (Ф = 2). При неизменном давлении такая система нонвариантна (число степеней свободы равно нулю: С = 1 + 1—2 = 0) и в ней нельзя произвольно изменять температуру, не изменяя числа фаз.
...
Для чистого расплавленного металла (К — 1, Ф — 1,С — 1) сис­тема одновариантна, т. е. при изменении температуры равновесие системы нарушится.
...
Диаграммы состояния металлических сплавов представляют обоб­щенные результаты изучения хода затвердевания и структурно-фазо­вых превращений в выбранных системах. Эти диаграммы позволяют определить температуры начала и конца затвердевания сплавов, их структуру для различных температур и превращения, которые сплавы претерпевают при охлаждении и нагревании.
...
При построении диаграмм состояния сплавов по оси абсцисс откла­дывают концентрацию каждого компонента (от 0 до 100%), по оси ординат — температуру. Каждому составу сплава при определенной температуре отвечает определенная одна точка на диаграмме. Наука о структуре металлов и сплавов называется металлографией. Для ис­следования структуры металлов и сплавов применяют металло-микроскопы и рентгеновские аппараты.
...
Диаграммы состояния сплавов строят на основании их изучения методами термического, микроскопического, рентгеноструктурного, электросопротивления, магнитного и других анализов.
...
Рис. 30. Диаграмма состояния Pb — Sb и микроструктуры свннцово-суршянистых сплавов: ж. с. — жидкий сплав, э — эвтектика
...
При термическом анализе определяют температуру начала и кон­ца затвердевания сплавов при переходе их из жидкого состояния в твердое, а также температуру всех превращений, происходящих в спла­ве в твердом состоянии. Для термического анализа приготовляют ряд сплавов с постепенно изменяющимся содержанием одного из компонен­тов сплава (например, 10, 20, 30, 40% и т. д.). Серию таких сплавов нагревают и расплавляют, а затем медленно и равномерно охлаждают. При помощи термопары через определенные промежутки времени от­мечают температуру сплава. На основании полученных данных строят серию кривых охлаждения и нагревания в координатах температура — время, характерные точки которых переносят на диаграмму состо­яния.
...
характери­зуется тем, что компоненты неограниченно растворимы в жидком сос­тоянии, совершенно нерастворимы в твердом состоянии и образуют механическую смесь своих кристаллов. По диаграмме состояния перво­го типа кристаллизуются системы Pb—Sb; Sri—2п; Pb—Ag и др.
...
При построении диаграмм состояния сплавов по оси абсцисс откла­дывают концентрацию каждого компонента (от 0 до 100%), по оси ординат — температуру. Каждому составу сплава при определенной температуре отвечает определенная одна точка на диаграмме. Наука о структуре металлов и сплавов называется металлографией. Для ис­следования структуры металлов и сплавов применяют металло-микроскопы и рентгеновские аппараты.
...
Диаграммы состояния сплавов строят на основании их изучения методами термического, микроскопического, рентгеноструктурного, электросопротивления, магнитного и других анализов.
...
Рис. 30. Диаграмма состояния Pb — Sb и микроструктуры свннцово-суршянистых сплавов: ж. с. — жидкий сплав, э — эвтектика
...
Доэвтектический сплав выше линии АС находится в жидком сос­тоянии. При охлаждении ниже линии АС из сплава начинают выпадать кристаллы чистого свинца, обладающего более высокой температурой затвердевания, чем остающаяся жидкая часть сплава, постепенно обо­гащающаяся сурьмой. Выделение кристаллов чистого свинца из жид­кой фазы будет продолжаться вплоть до температуры 243° С, т. е. до линии эвтектики DCE. При этой температуре оставшаяся часть жидкой фазы содержит 13% Sb, и она затвердевает с образованием эвтектики.
...
(твердый раствор различной концентрации — светлые участки обогащены никелем; темные участки обогащены медью); в — то же, после ковки и диффузионного отжига (однородные зерна твердого раствора); г —чистый никель
...
При охлаждении заэвтектических сплавов ниже линии ВС из жид­кого сплава начинают выпадать кристаллы чистой сурьмы, обладаю­щей более высокой температурой затвердевания, чем остающаяся жидкая часть сплава; поэтому последняя обедняется сурьмой, и ее состав начинает приближаться к эвтектическому. При температуре, соответствующей линии DCE (243° Q, эта часть сплава будет содержать 13% Sb и по мере дальнейшего понижения температуры затвердеет с образованием эвтектической смеси. Таким образом, заэвтектические сплавы затвердевают аналогично доэвтектическим сплавам с той раз­ницей, что ниже линии ликвидуса из жидкости выделяется не свинец, а сурьма.
...
состояния, в котором компонен­ты неограниченно взаимно растворимы в жидком и в твердом состоя­нии, образуют однородные твердые растворы.
...
Доэвтектический сплав выше линии АС находится в жидком сос­тоянии. При охлаждении ниже линии АС из сплава начинают выпадать кристаллы чистого свинца, обладающего более высокой температурой затвердевания, чем остающаяся жидкая часть сплава, постепенно обо­гащающаяся сурьмой. Выделение кристаллов чистого свинца из жид­кой фазы будет продолжаться вплоть до температуры 243° С, т. е. до линии эвтектики DCE. При этой температуре оставшаяся часть жидкой фазы содержит 13% Sb, и она затвердевает с образованием эвтектики.
...
Рис. 31. Диаграмма состояния системы Си — Ni и микро­структуры меднойикелевых
...
По этому типу диаграмм затвердевают сплавы Си—Ni; Со—Ni; Fe—Ni и др. В указанных системах образуются однородные твердые растворы, так как составляющие их компоненты имеют одинаковый тип кристаллических решеток при разнице в атомных размерах не более 8%.
...
В качестве примера второго рода диаграмм состояния на рис. 31 приведена система Си—Ni. По внешнему виду эта диаграмма напоми­нает чечевицу, верхняя часть которой ограничена линией ликви­дуса (линия 1РВК'2), а нижняя — линией солидуса (линия 1К"тп2).
...
В отличие от системы Pb—Sb затвердевание сплавов Си—Ni на­чинается с выделения из жидкости кристаллов твердого раствора (Си и Ni). Сплав с 30% Ni (точка К) при 1400° С (точка а) будет жидким. В точке К.' из жидкости выпадут кристаллы твердого раствора Ni—Си состава, соответствующего точке п, на диаграмме (73% Ni); при ох­лаждении сплава ст точки К' до точки К" состав остающейся жидкос­ти изменяется от точки К' до точки Р. Последняя капля жидкости содержит всего лишь 7% Ni. Состав кристаллов твердого раствора, выпадающих в ходе затвердевания, изменяется вдоль линии солидуса от точки п до точки К."- Последним затвердеет кристаллик состава, соответствующего точке К" (30% Ni).
...
Таким образом, при затвердевании сплава этой системы наблюда­ется непрерывное изменение составов жидкой фазы и образующихся кристаллов твердых растворов.
...
Первые твердые частицы, которые формируются из центров крис­таллизации, и главные оси дендритов (оси первого порядка) в затвер­девшем сплаве сильно обогащены тугоплавким компонентом, т. е. Ni; по мере понижения температуры и формирования осей последую­щего порядка в твердой фазе увеличивается содержание Си. Остаю­щаяся жидкость обогащается медью, т. е. более легкоплавким компо­нентом. В результате кристаллизации структура сплава получается неоднородной, так как диффузия не успевает выравнивать состав обра­зующегося твердого раствора.
...
На рис. 31, а приведена микроструктура чистой меди, на рис. 31, г — микроструктура чистого никеля. Микроструктура сплава, со­держащая 30% никеля, показана на рис. 31, б. Светлые участки пред­ставляют твердый раствор, обогащенный никелем, темные — твердый раствор, обогащенный медью. Внутри отдельных зерен элементы рас­пределены неравномерно; такое явление называют внутридендритной ликвацией. Нагрев до температуры, лежащей на 50—100° С ниже линии солидуса, и выдержка при этой температуре выравнивают состав (рис. 31, в).
...
в жидком сос­тоянии компоненты взаимно неограниченно растворимы; в твердом — обладают ограниченной растворимостью, образуя при кристаллиза­ции эвтектику. На рис. 32 приведен этот тип диаграммы Кристалли­зация доэвтектических сплавов по линии ликвидуса АС начнется выделением из жидкого раствора кристаллов твердого раствора а (твердый раствор компонента В в кристаллической решетке компо-
...
По этому типу диаграмм затвердевают сплавы Си—Ni; Со—Ni; Fe—Ni и др. В указанных системах образуются однородные твердые растворы, так как составляющие их компоненты имеют одинаковый тип кристаллических решеток при разнице в атомных размерах не более 8%.
...
В качестве примера второго рода диаграмм состояния на рис. 31 приведена система Си—Ni. По внешнему виду эта диаграмма напоми­нает чечевицу, верхняя часть которой ограничена линией ликви­дуса (линия 1РВК'2), а нижняя — линией солидуса (линия 1К"тп2).
...
нента А). Кристаллизация заэвтектических сплавов по линии СВ нач­нется выделением из жидкой фазы кристаллов твердого раствора р {твердый раствор компонента А в кристаллической решетке компонен­та В). Эвтектика Э в точке С состоит из двух твердых растворов аир.
...
Структура сплавов, расположенных левее точки D (в области твердого раствора), состоит из однородного твердого раствора а. Струк­тура сплавов, расположенных пра­
...
С понижением температуры растворимости компонентов В в А и А в В уменьшаются (линии Dl и Ет). Вследствие этого из твердых растворов выделяются избыточ­ные фазы. Из твердого раствора %, например, выделяются вторич­ные кристаллы твердого раствора 6ц переменного состава; из твердо­го раствора р — кристаллы твер­
...
Рис. 32. Диаграмма состояния двой­ных сплавов с неограниченной рас­творимостью в жидком состоянии и ограниченной — в твердом
...
Сплавы состава левее точки / состоят из однородного твердого раствора а, правее точки т — из однородного твердого раство­ра р.
...
Сплавы составов от точки / до точки d имеют микроструктуру, со­стоящую из кристаллов твердого раствора а переменного состава и вторичных кристаллов твердого раствора Ри, а от точки е до точки т — из кристаллов твердого раствора р переменного состава и вторич­ных кристаллов твердого раствора яп. Эвтектический сплав (точка С) состоит из тонкой механической смеси двух твердых растворов пере­менного состава а и р.
...
Доэвтектические сплавы, имеющие состав от точки d до точки с состоят из кристаллов твердого раствора а, эвтектики а + р и мелких вторичных кристаллов Рн — твердого раствора.
...
Заэвтектические сплавы, имеющие состав от точки с до точки е, состоят из кристаллов твердого раствора р, эвтектики a -f- Р и мелких вторичных кристаллов твердого раствора ац .
...
Рассмотрим диаграмму состояния системы, состоящей из компо­нентов А и В, которые образуют между собой устойчивое химическое соединение АтВп (рис. 33). Температура плавления его может быть ниже или выше температур плавления исходных компонентов А и В.
...
Затвердевание системы А—АтВп происходит по линии AiE1Cx По линии AiEl кристаллизуется компонент Л, а полиции Ег Сг хими­ческое соединение АтВ„.
...
Окончательное затвердевание сплава происходит при эвте­ктической температуре по линии DjfiFj. В точке Ег одновременно кристаллизуют­ся А к ЛтВп. Сплав такого состава после затвердевания имеет эвтектическое строе­ние.
...
сплавов происходит при эвтектической температуре по линии KE^LV Эвтектический сплав, отвечающий точке Е2, состоит из ЛтВа + В.
...
Пользуясь диаграммой состояния, можно определять не только области существования фаз и их качественный состав при любой тем­пературе, но и количественное соотношение между отдельными фа­зами. Для этой цели служит правило
...
Зависимость между составом, структурой и характером диаграмм состояния впервые установил академик П. С. Курнаков (1860—1941). Построенные им диаграммы состав — свойство широко используются в практике.
...
Электрические и другие физические свойства сплавов, затверде­вающих в соответствии с диагра\эмой состояния первого типа, изме­няются в зависимости от состава по закону прямой линии (рис. 34, а). При образовании в сплавах непрерывного ряда твердых растворов (диаграмма 2-го типа) их свойства изменяются с составом криволиней­но (рис. 34, б).
...
б— с непрерывным рядом твердых растворив; в — с охраничевнои раство­римостью в твердом состоянии; г-- с устойчнным химическим соединением
...
В сплавах с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (3-й тип диаграммы) свойства изменяются в зависимости от состава: в однофазной области— по криволинейному закону, а в двух­фазной — по прямолинейному закону (рис. 34, в). При образовании в сплавах химического соединения АтВп (4-й тип диаграммы) свой­ства сплавов изменяются прямолинейно от компонента А к химиче­скому соединению АтВп и от этого химического соединения к компо­ненту В. При составе сплава, соответствующем химическому соеди­нению АтВп, наблюдается резко выраженный перелом (максимум или минимум) в изменении свойств (рис. 34, г).
...
Зависимость между составом, структурой и характером диаграмм состояния впервые установил академик П. С. Курнаков (1860—1941). Построенные им диаграммы состав — свойство широко используются в практике.
...
Электрические и другие физические свойства сплавов, затверде­вающих в соответствии с диагра\эмой состояния первого типа, изме­няются в зависимости от состава по закону прямой линии (рис. 34, а). При образовании в сплавах непрерывного ряда твердых растворов (диаграмма 2-го типа) их свойства изменяются с составом криволиней­но (рис. 34, б).
...
Свойства металлов и сплавов зависят от состава и структуры. Их определяют различными методами, которые нужно разделить на ме­ханические, физические, технологические, химические и специальные (определение жаропрочности, коррозионной стойкости и т. д.).
...
Чтобы предупредить разрушение металлических изделий и кон­струкций, необходимо при их конструировании учитывать главным образом прочностные характеристики применяемых металлов.
...
Прочностные (механические) характеристики металлов и сплавов определяют при испытании стандартных образцов или самих изделий на специальных машинах.
...
Механические испытания металлов могут быть статическими (на­грузка на образец увеличивается постепенно), динамическими (на­грузка на образец действует мгновенно) и повторно-переменными (нагрузка на образец многократно изменяется по величине и направ­лению).
...
Металлы испытывают на растяжение, сжатие, кручение, на удар, усталость, иа твердость и ползучесть (при комнатной, низких или высоких температурах).
...
Испытание на растяжение. Испытание на растяжение производят па разрывных машинах с механическим или гидравлическим приво­дом (рис. 35, о, б). Как видно из кинематической схемы, образец (рис. 35, б) зажимают головками подвижного захвата 11. Электро­двигатель 15 через систему передач и гайку 13 передает движение грузовому винту 12. При испытании сила сопротивления образна перелается измерительному рычагу 8, соединенному с маятником / тягой 4 через кривошип 2. Маятник У, отклоняясь через поводок 3, двигает каретку б с пером 7 по линейке. На диаграммной бумаге перо 7 пишет кривую нагрузка — удлинение. Барабан 17 и виит 12 пере­мещаются двумя парами шестерен 14 к 9 через валик 10. Для этого вида испытания изготовляют стандартные образцы (рис. 35, в). В зависимости от площади поперечного сечения различают нормальные и пропорциональные образцы. Нормальные образцы имеют площадь поперечного сечения 314 мм2 (d0 ~ 20 мм). Они бывают двух видов: длинные (длина расчетной части /0 = 200 мм, а отношение l0/d0 = = 10) и короткие {10 = 100 мм и ljdb = 5).
...
где F0 — исходная площадь поперечного сечения образцов, мм2. Литые образцы и образцы из хрупких материалов изготовляют с ра­счетной длиной /0 — 2,82
...
При испытаниях образец растягивают на специальной машине до момента его разрыва. При этом вычерчивается диаграмма растя-жения образца (рис. 35, г). По вертикальной оси диаграммы откла­дывается нагрузка Р, по горизонтальной — абсолютное удлинение
...
рас гж жен не; г — диаграмма растяжении пластичного металла, 1 — маятник; 2 — кривошип; 3 — пово.юк; 4 — тяг i; 5 — лнщйкл; 6 — каретка; 7 — перо, 8 - измерительный рычаг,— 9 шестерка. 10—валик, //—подвижной захват, 12 ■- винт. 13 — ганка, 14 — и:ес герня, 1'~> — электродвигатель. 1С — рукоятка, 17 — бараГ-а.ч с рукояткой. 18 — груз
...
При испытаниях образец растягивают на специальной машине до момента его разрыва. При этом вычерчивается диаграмма растя-жения образца (рис. 35, г). По вертикальной оси диаграммы откла­дывается нагрузка Р, по горизонтальной — абсолютное удлинение
...
рас гж жен не; г — диаграмма растяжении пластичного металла, 1 — маятник; 2 — кривошип; 3 — пово.юк; 4 — тяг i; 5 — лнщйкл; 6 — каретка; 7 — перо, 8 - измерительный рычаг,— 9 шестерка. 10—валик, //—подвижной захват, 12 ■- винт. 13 — ганка, 14 — и:ес герня, 1'~> — электродвигатель. 1С — рукоятка, 17 — бараГ-а.ч с рукояткой. 18 — груз
...
— обгний вид разрывной машинн с механическим приводом
...
Пределом пропорциональности ор называют наибольшее напря­жение, до которого относительное удлинение образца остается прямо пропорциональным нагрузке Рр. Его определяют по формуле (в Н/м2 или Па):
...
Нагрузка Ре, при которой образец получает остаточное удлине­ние, равное 0,005% расчетной длины, называют нагрузкой предела упругости.
...
Пределом упругости ае называют такое напряжение, при котором остаточное удлиненче получается равным 0,005% первоначальной расчетной длины образца. Его определяют по формуле
...
Выше точки Ре кривая диаграммы растяжения плавно перехо­дит в горизонтальный участок. При этом образец удлиняется без увеличения нагрузки (металл как бы течет).
...
Нагрузку Рт, при которой начинается течение металла, называют нагрузкой предела текучести, а горизонтальный участок кривой — площадкой текучести
...
Пределом текучести от называют наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки. Его определяют по формуле
...
Условным пределом текучести оол называют напряжение, при котором остаточное удлинение образца равно 0,2% расчетной длины.
...
За площадкой текучести нагрузка снова растет до некоторой мак­симальной величины Рв, после которой на образце начинается образо­вание местного сужения (шейки). Уменьшение сечения в области шейки вызывает снижение нагрузки, и в точке К при нагрузке Рг проис­ходит разрыв образца. Наибольшую нагрузку Рв, при которой начи­нается образование шейки, называют нагрузкой предела прочности при растяжении.
...
Пределом прочности при растяжении называют напряжение ов, соответствующее наибольшей нагрузке Ръ. Определяют его по фор­муле
...
Истинным сопротивлением разрыву ог назы вают напряжение, оп­ределяемое отношением нагрузки в момент разрыва к площади попе­речного сечения образца в месте разрыва:
...
Полная деформация образца с\1„ складывается из ocrai очной Д/ост и упругой деформации Ыуар.
...
Относительным удлинением 6 называют отношение приращения длины образца после разрыва к его расчетной длине, выраженное в процентах:
...
Относительным сужением Ф называют отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади поперечного сечения, выраженное в процентах:
...
где FQ — начальная площадь поперечного сечения образца, мм2; F, — конечная площадь поперечного сечения образца, мм2.
...
Испытание на сжатие производят на цилиндрических образцах высотой и диаметром от 10 до 25 мм, как правило, на тех же маши­нах, что и на растяжение. Для этой цели применяют специальные приспособления, преобразующие растягивающие нагрузки в сжимаю­щие. Существуют и специальные машины для испытания' на сжатие. Степень осадки при сжатии е определяют по формуле
...
где Л и ftt — высота образца до и после осадки. Остальные характе­ристики определяются по таким же формулам, как и при растяже­нии.
...
Испытания на удар. Эти испытания позволяют определять спо­собность металла противодействовать динамическим нагрузкам и выявлять склонность металла к хрупкому разрушению при различ­ных температурах.
...
Для испытаний применяют стандартные образцы квадратного или прямоугольного сечения с надрезом или без него. Образец устанав­ливают на двух опорах 6 стоек 3 специального копра (рис. 36, о, б). Маятник /, падая с высоты И (положение /), разрушает образец 5 (положение //) и по инерции поднимается на высоту А (положение ///). Маятник останавливают ручкой 4 тормоза. Работа Ан, затра­ченная на разрушение образца, определяется по шкале 2 в соответ­ствии с формулами:
...
где он — работа, затраченная на разрушение образца, Дж/м2; F0 — площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м2/(смг).
...
величине и знаку, при напряжениях, меньших предела прочности на растяжение, называют усталостным. Способность металлов выдер­живать большое число циклов называют выносливостью aw, или цик­лической прочностью.
...
Испытания обычно про­водят на цилиндрических об­разцах путем воздействия на них при вращении изгибаю­щих нагрузок, которые вы­зывают знакопеременные на­пряжения (рис. 37, о) и до­водят образец до разрушения. В результате усталостного разрушения в сечении образ­ца получается характерный излом (рис. 37, б), в котором можно заметить две зоны: наружная имеет гладкую по­верхность, а внутренняя —
...
Испытания на твердость. Определение числа твердости по Бринеллю. Твердость ме­талла определяют путем вдавливания стального ша­рика в изделие. Для этого применяют стальные закален­
...
Рис. 37. Схема измерения напряжения при испытании на усталость (а) и излом образца (6)
...
Чем тверже металл, тем выше число твердости НВ. Для определе­ния твердости металла рекомендуется применять стальные шарики следующих диаметров: 2,5; 5 и 10 мм для металла толщиной соответ­ственно до 3; 3—6 и более G мм. Между диаметром шарика и нагрузкой существует определенная зависимость. Так, для черных металлов Р = = 30 Л2; для меди, бронзы и латуни Р = 10 D2; для алюминия и под­шипниковых сплавов Р = 2,5 £>2.
...
у. В поверхность испытуемого металла вдавливают наконечник под действием предварительной и окончательной нагрузок (рис. 38, б). В качестве наконечников для твердых металлов применяют алмазный
...
опус с \ [.юм при вершине 120°; для мягких металлов — стальной за­каленный шарик диаметром 1,59 мм (1,16"). Предварительная на­грузка Р, равна 1,00 Н (10 кгс), а окончательная Р2 при испытании алмазным конусом 1,5 кН (150 кгс шкала С) или 0,6 кН (60 кгс, шкала А) при испытании шариком 1 кН (100 кгс, шкала В).
...
где h2 и Л, — глубины внедрения наконечника под действием нагру­зок соответственно Р2 и Р„ мм; К — постоянное число, имеющее раз­мерность мм; b — цена деления шкалы индикатора, соответствующая углублению шарика или конуса на 0,002 мм.
...
Измерение микротвердости. В некоторых случаях необходимо определить твердость отдельных структурных составляющих сплава. Для измерения микротвердости используют в основном два метода: вдавливание и царапание. При вдавливании применяют алмазную пирамиду с квадратным основанием и углом при вершине 136, ис­пользуя малые нагрузки 1 Н(100кгс). Диагонали отпечатков измеря­ют иод микроскопом.
...
При втором методе определения микротвердости на поверхность металла наносят царапину алмазным острием под действием опреде­ленной нагрузки. Ширина царапины измеряется специальным микроскопом. При этом за величину твердости принимают ширину цара­пины при некоторой постоянной нагрузке или величину нагрузки, при которой получается определенная ширина царапины.
...
Способность металла подвергаться различным видам деформации выявляют обычно при технологических испытаниях образцов. О ре­зультатах технологических испытаний металлов судят по состоянию их поверхности. Если после испытания на поверхности образца не обнаружены внешние дефекты, трещины, надрывы, расслоения или излом, то металл выдержал испытание.
...
Испытание на выдавливание применяют для определения способ­ности листового металла подвергаться холодной штамповке и вытяжке. Образец закладывают в специальный прибор, в котором пуансоном с шаровой поверхностью вылавливается лунка до появления первой трещины в металле.
...
Испытание на изгиб сварных швов проводят для определения вязкости сварного соединения, выполненного встык. Образец свобод­но устанавливают на двух цилиндрических опорах и подвергают изгибу до появления первой трещины. Характеристикой вязкости является величина угла изгиба.
...
Испытание на изгиб в холодном или нагретом состоянии прово­дится для определения способности листового металла принимать заданный по размерам и форме изгиб. Образцы для испытания выре­зают из листа без обработки поверхностного слоя .
...
При толщине листового металла больше 30 мм испытание па изгиб обычно не проводят. Для осуществления пробы на изгиб применяют прессы или тиски.
...
Испытание на осадку в холодном состоянии применяют для опре­деления способности металла принимать заданную но размерам и фор­ме деформацию сжатия. Испытаниям подвергают прутки, направлен­ные в копку и предназначенные для изготовления болтов, заклепок и и т. д. Образец должен иметь диаметр, равный диаметру испытуемого прутка, и высоту, равную двум диаметрам прутка. В этой пробе сбра-
...
Измерение микротвердости. В некоторых случаях необходимо определить твердость отдельных структурных составляющих сплава. Для измерения микротвердости используют в основном два метода: вдавливание и царапание. При вдавливании применяют алмазную пирамиду с квадратным основанием и углом при вершине 136, ис­пользуя малые нагрузки 1 Н(100кгс). Диагонали отпечатков измеря­ют иод микроскопом.
...
Проба на расплющивание необходима для определения способно­сти полосового, пруткового или листового металла принимать за­данное расплющивание.
...
Проба навиванием проволоки диаметром до 6 мм предназначена для определения способности металла выдерживать заданное число витков. Проволоку навивают на оправку определенного диаметра. После навивки на проволоке не должно быть поверхностных дефектов.
...
Пробу на перегиб проволоки применяют для определения способ­ности металла выдерживать повторный загиб и разгиб. Испытанию подвергают круглую проволоку и прутки диаметром 0,8—7 мм со ско­ростью около 60 перегибов в минуту до разрушения образца. Длина образца 100—150 мм.
...
Проба на двойной кровельный замок предназначена для определе­ния способности листового металла толщиной менее 0,8 мм принимать заданную по размерам и форме деформацию. При испытании два листа соединяют двойным замком. Угол загиба, число загибов и разгибов замка указывают в технических условиях.
...
Проба на изгиб трубы диаметром не более 115 мм в холодном или горячем состоянии нужна для определения способности металла при­нимать заданный по размерам и форме загиб. Образец трубы длиной не менее 200 мм, заполненный сухим песком или залитый канифолью, загибают па 90° вокруг оправки, .радиус которой указывают в техни­ческих условиях.
...
Проба на сплющивание трубы необходимо для определения способ­ности металла подвергаться деформации сплющивания. Образец дли­ной, равной примерно наружному диаметру трубы, сплющивают уда­рами молотка {молота, кувалды) или под прессом до размеров, ука­занных в технических условиях.
...
Механические и технологические свойства металлов и сплавов в значительной степени зависят от их структуры. К методам, изучаю­щим строение металлов и сплавов, относят рентгеноструктурный и металлографический.
...
Рентгеноструктурным методом исследуют внутреннее строение кристаллических решеток, фазовый состав, величину зерен и т, д., используя специальные образцы (в том числе и порошка). Кроме того, рентгеновский метод (на просвечивание) применяют для контро* ля литых, кованых и сварных деталей, выявления раковин, пустот, пористости, непроваров и т. д. Современные рентгеновские установки позволяют контролировать стальные детали на глубину до 100 мм, сплавы на алюминиевой основе—до 400 мм, сплавы на медной основе— до 60 мм.
...
Металлографическим методом исследуют макро- и микроструктуру металлов и сплавов. Структуру металла, видимую невооруженным
...
Проба на расплющивание необходима для определения способно­сти полосового, пруткового или листового металла принимать за­данное расплющивание.
...
Макроскопический анализ позволяет выявить величину, форму и расположение кристаллических зерен в литом металле, направление волокон в деформированном металле, усадочные и газовые раковины, усадочные рыхлости, трещины, химическую неоднородность металла характер его излома и т. д.
...
Обычно макростроение металла изучают на макрошлифах или по изломам. Макрошлиф представляет собой специально подготов­ленную к исследованию часть детали или заготовки. Поверхность макрошлифа шлифуют наждачной бумагой или на специальном станке. Шлифы подвергают глубокому травлению в различных реактивах.
...
струк­туры металлов используют оптические или электронные микроскопы. Обычно применяют металлографические микроскопы с увеличением 50—3000 раз. Эго позволяет определить микроструктуру металла (величину и форму зерен, структурные составляющие, вид и распре­деление неметаллических включений и др.) на специальных шлифах.
...
Для этого из изделий вырезают цилиндрики диаметром и высотой 10—15 мм или кубики с ребром около 10 мм. Одну из плоских по­верхностей микрошлифа обрабатывают шлифовальной бумагой, а за­тем полируют на сукне до зеркального блеска. Качество изготовления шлифа проверяют под микроскопом. При этом наблюдают также распределение неметаллических включений (графита, сульфидов, окислов и т. д.).
...
Для выявления структуры шлиф подвергают травлению в слабых спиртовых или водных растворах кислот или щелочей, а также в сме­си различных кислот. В результате травления на поверхности шлифа появляется микрорельеф вследствие неодинаковой травимости струк­турных составляющих, границ зерен и зерен. Этот микрорельеф соз­дает сочетание света и тени при рассмотрении шлифа в микроскоп. Исследование структуры ведется в отраженном свете. Структура, про­травленная в большей степени, оказывается под микроскопом более темной по сравнению с менее протравленной.
...
Электронный микроскоп дает увеличение до 100 000 раз, что зна­чительно расширяет область применения микроструктурного анализа. В этом микроскопе вместо световых используют электронные лучи, испускаемые вольфрамовой раскаленной спиралыо.
...
В настоящее время разработаны способы микроскопического ис­следования образцов металла в вакууме. В результате стало возмож­ным наблюдение структур металлов и сплавов при повышенных тем­пературах.
...
Советскими учеными создан ультрафиолетовый микроскоп, поз­воляющий фотографировать микрошлифы в ультрафиолетовой об­ласти спектра, что очень важно для расшифровки строения сложных многофазных сплавов.
...
К физическим относят термический, дилатометрический, электри­ческий, магнитный и другие методы исследования. По изменению тех или других физических свойств сплава можно определять происходя­щие в нем превращении. Например, температуры аллотропических превращений железа можно определить по изменению объема или длины (дилатометрический
...
применяют для исследования превра­щений в сплавах. Этот метод основан на зависимости магнитных свой­ств сплава от структуры или состава. Магнитный метод контроля позволяет также выявлять (главным образом в чугунах и сталях) мелкие трещины, раковины, поры, расположенные близко к поверх­ности, а также качество термической обработки. Существуют кроме того, и другие методы испытаний самих деталей без их разрушения.
...
(меченых ато­мов) применяют для изучения процессов диффузии, распределения различных специальных элементов, введенных в сплав, и др. Наблю­дая следы перемещения меченых атомов, можно установить распре­деление различных структурных составляющих сплава.
...
Хрупкое разрушение не сопровождается сколько-нибудь заметнс:": пластической деформацией; излом при таком разрушении гладкий, блестящий. Вязкому разрушению предшествует более или менее зна чительная пластическая деформация; излом получается неровный, матовый. В реальных случаях часто наблюдается смешанный тип разрушения.
...
Пластическая деформация поликристаллического металлического тела осуществляется аналогично пластической деформации моно­кристалла. Однако в пол и кристаллическом металле на процесс пла­стической деформации внутри отдельных зерен накладываются про­цессы поворота или взаимного скольжения зерен. Отдельные зерна поликристаллического тела вследствие различной кристаллографи­ческой ориентировки деформируются по-разному. Прежде всего де­формируются те зерна, в которых плоскости скольжения наиболее благоприятно расположены по отношению к приложенной силе. На первом этане пластической деформации в отдельных зернах появляются линии сдвигов. По мере развития пластической деформации проис­ходит дробление блоков мозаичной структуры, поворот зерен относи­тельно друг друга и изменение их формы.
...
При увеличении деформации зерна вытягиваются по направлению действия силы, образуя волокнистую структуру. При больших сте­пенях пластической деформации в поликристаллическом металле образуется определенная ориентировка зерен, называемая текстурой. Металл приобретает анизотропию свойств. Прочность вдоль вытянутых зерен (по направлению деформации), больше, чем в поперечном на­правлении.
...
В результате сдвига и двойникования вдоль плоскости сдвига и в прилегающих к ней объемах наблюдается искажение кристаллической решетки, которое вызывает упрочнение металла. При увеличении деформации скольжение происходит уже в другой параллельной плоскости, а в данной плоскости сдвиг затормаживается. Таким обра­зом, процесс скольжения в реальных кристаллах приобретает ступен­чатый характер. Образующиеся линии скольжения, видимые в от­дельных зернах, являются результатом скольжения множества парал­лельных плоскостей.
...
Исследованиями установлено, что в кристаллической решетке процесс скольжения с плотным расположением атомов происходит легче и более затруднен в плоскостях и направлениях с наименьшей плотностью расположения атомов. Как указывалось ранее, легкое пере­мещение атомов по плоскостям скольжения объясняют наличием в них дислокаций. Пластическая деформация поликристаллического металла увеличивает его прочность и уменьшает пластичность.
...
Непрерывное возрастание напряжений в процессе деформации заканчивается хрупким или вязким разрушением. Хрупкое разруше­ние не сопровождается сколько-нибудь заметной пластической де­формацией.
...
Хрупкое разрушение не сопровождается сколько-нибудь заметнс:": пластической деформацией; излом при таком разрушении гладкий, блестящий. Вязкому разрушению предшествует более или менее зна чительная пластическая деформация; излом получается неровный, матовый. В реальных случаях часто наблюдается смешанный тип разрушения.
...
Пластическая деформация поликристаллического металлического тела осуществляется аналогично пластической деформации моно­кристалла. Однако в пол и кристаллическом металле на процесс пла­стической деформации внутри отдельных зерен накладываются про­цессы поворота или взаимного скольжения зерен. Отдельные зерна поликристаллического тела вследствие различной кристаллографи­ческой ориентировки деформируются по-разному. Прежде всего де­формируются те зерна, в которых плоскости скольжения наиболее благоприятно расположены по отношению к приложенной силе. На первом этане пластической деформации в отдельных зернах появляются линии сдвигов. По мере развития пластической деформации проис­ходит дробление блоков мозаичной структуры, поворот зерен относи­тельно друг друга и изменение их формы.
...
При увеличении деформации зерна вытягиваются по направлению действия силы, образуя волокнистую структуру. При больших сте­пенях пластической деформации в поликристаллическом металле образуется определенная ориентировка зерен, называемая текстурой. Металл приобретает анизотропию свойств. Прочность вдоль вытянутых зерен (по направлению деформации), больше, чем в поперечном на­правлении.
...
В результате сдвига и двойникования вдоль плоскости сдвига и в прилегающих к ней объемах наблюдается искажение кристаллической решетки, которое вызывает упрочнение металла. При увеличении деформации скольжение происходит уже в другой параллельной плоскости, а в данной плоскости сдвиг затормаживается. Таким обра­зом, процесс скольжения в реальных кристаллах приобретает ступен­чатый характер. Образующиеся линии скольжения, видимые в от­дельных зернах, являются результатом скольжения множества парал­лельных плоскостей.
...
Исследованиями установлено, что в кристаллической решетке процесс скольжения с плотным расположением атомов происходит легче и более затруднен в плоскостях и направлениях с наименьшей плотностью расположения атомов. Как указывалось ранее, легкое пере­мещение атомов по плоскостям скольжения объясняют наличием в них дислокаций. Пластическая деформация поликристаллического металла увеличивает его прочность и уменьшает пластичность.
...
Непрерывное возрастание напряжений в процессе деформации заканчивается хрупким или вязким разрушением. Хрупкое разруше­ние не сопровождается сколько-нибудь заметной пластической де­формацией.
...
Вязкому разрушению всегда предшествует значительная пласти­ческая деформация. Излом образца неровный, матовый. Практически чисто хрупкое или чисто вязкое разрушение металлов наблюдается редко.
...
Пластическая деформация придает металлу неустойчивое состояние благодаря искажению кристаллической решетки и появлению внут­ренних напряжений. Наклепанный металл даже при комнатной темпе­ратуре претерпевает превращения, возвращающие металл в более устойчивое состояние. Для ускорения этих процессов повышают температуру.
...
Нагрев наклепанного металла до температуры 0,25—0,40 Гпл (в градусах Кельвина) устраняет остаточные искажения кристалличе­ской решетки, что приводит к некоторому снижению твердости и прочности и повышению пластичности. Отдыхом, или возвратом, на­зывают частичное восстановление механических свойств в результате снятия остаточных искажений кристаллической решетки без заметных изменений структуры.
...
При более высоких температурах вместо деформированных, вытя­нутых зерен постепенно образуются новые равноосные. При этом металл полностью разупрочняется; механические и физические его свойства достигают исходных значений. Такой процесс называют ре­кристаллизацией.
...
Температура начала рекристаллизации зависит от природы металла, степени его наклепа и других факторов. Чем больше, как правило, степень деформации, тем ниже температура рекристаллизации.
...
В процессе рекристаллизации металлов, аналогично процессу кристаллизации, возникают новые зародыши (центры кристалли­зации) с последующим их ростом. Рекристаллизацию, при которой деформированные зерна заменяются новыми стабильными, называют рекристаллизацией обработки. При более высоких температурах происходит рост одних рекристаллизоваштых зерен за счет других. Этот процесс называют собирательной рекристаллизацией.
...
Температуру рекристаллизации определяют в зависимости от абсолютной (термодинамической) температуры плавления Тпя металла. По данным академика А. А. Бочвара, 7рскр = (0,3-^0,4)Тпл для чис­тых металлов и TpEKV ~ (0,6-^0,8)Тп:[ для сплавов.
...
Размер зерен после рекристаллизации зависит от температуры рекристаллизации и степени предшествующей пластической деформа­ции. Чем выше температура рекристаллизации, тем ба^ьше размер зерен. Степень деформации, при которой получаются крупные рекркс-таллпзовапные зерна, называют критической.
...
Изменение размера зерен в зависимости от предшествующей сте­пени деформации объясняется различным механизмом их образова­ния. Увеличение степени деформации приводит к росту плотности дислокаций преимущественно в объемах, прилегающих к границам зерен. При небольшой степени деформации плотность дислокаций воз-
...
Вязкому разрушению всегда предшествует значительная пласти­ческая деформация. Излом образца неровный, матовый. Практически чисто хрупкое или чисто вязкое разрушение металлов наблюдается редко.
...
Пластическая деформация придает металлу неустойчивое состояние благодаря искажению кристаллической решетки и появлению внут­ренних напряжений. Наклепанный металл даже при комнатной темпе­ратуре претерпевает превращения, возвращающие металл в более устойчивое состояние. Для ускорения этих процессов повышают температуру.
...
При критической степени деформации плотность дислокаций на границах зерен достигает таких значений, при которых возможно взаимное уничтожение дислокаций. Это способствует постепенному уменьшению дислокаций на границах зерен и слиянию нескольких
...
небольших зерен в одно более крупное. При степени деформации больше критической новые зерна образуются путем зарождения цент­ров кристаллизации с последующим их ростом. Зависимость между размером зерна, температурой нагрева и степенью деформации для каждого металла можно проследить на его пространственной диа­грамме рекристаллизации (рис. 39). Эта диаграмма имеет большое практическое значение, так как позволяет определять необходимую температуру нагрева и степень деформации рекристаллизовэнного металла для получения мелкого зерна.
...
Многие металлы можно пластически деформировать в холодном состоянии, т. е. при температурах ниже температуры рекристаллиза­ции, и в горячем состоянии — заканчивая
...
При критической степени деформации плотность дислокаций на границах зерен достигает таких значений, при которых возможно взаимное уничтожение дислокаций. Это способствует постепенному уменьшению дислокаций на границах зерен и слиянию нескольких
...
небольших зерен в одно более крупное. При степени деформации больше критической новые зерна образуются путем зарождения цент­ров кристаллизации с последующим их ростом. Зависимость между размером зерна, температурой нагрева и степенью деформации для каждого металла можно проследить на его пространственной диа­грамме рекристаллизации (рис. 39). Эта диаграмма имеет большое практическое значение, так как позволяет определять необходимую температуру нагрева и степень деформации рекристаллизовэнного металла для получения мелкого зерна.
...
Многие металлы можно пластически деформировать в холодном состоянии, т. е. при температурах ниже температуры рекристаллиза­ции, и в горячем состоянии — заканчивая
...
Горячая пластическая деформация улучшает свойства металла: повы­шается его плотность, завариваются усадочная и газовые раковины, уничтожается дендритная структура.
...
Иногда применяют неполную горячую обработку (полугорячую, теплую), основной признак которой — окончание
...
Железо — металл серебристо-серого цвета, четвертого периода, восьмой группы таблицы Д. И. Менделеева, обладающий очень высо­кой пластичностью. Чистое железо содержит не более 0,01% примесей и является очень дорогим металлом. На практике применяют техни­ческое железо, содержащее до 0,1% в сумме примесей (С, Мп, Si, S, Р и др.).
...
I чество кремния, марганца, фосфора и др. Кристаллическая решетка феррита — кубическая объемно-центрированная с координационным числом 8, т. е. такая же, как и у чистого а-железа.
...
Цементит (Ц) — карбид железа Fe:iC. В нем содержится 6,67% С. Цементит имеет металлический блеск и сложную кристаллическую решетку, обладает большой твердостью (НВ 800) и хрупкостью. Он слабо магнитен, плохо проводит электрический ток и тепло. Темпера­тура плавления цементита около 1500° С. Цементит — неустойчивое химическое соединение и при высоких температурах распадается па железо и углерод по реакции Fe3C = 3Fe + С.
...
Аустенит (А) — твердый раствор внедрения углерода в т-железо, имеющий кубическую гранецентрированную кристаллическую решет­ку с координационным числом 12. Аустенит немагнитен, сравнительно мягкий (НВ 170—200). Максимальная растворимость в нем углерода при 1147° С составляет 2%, при 727° С — 0,8%.
...
Ледебурит (Л) — механическая смесь (зктектика), состоящая из аустенита и цементита и содержащая 4,3%С. Он образуется при затвердевании (с распадением на аустенит и цементит) из жидкого расплава при 1147° С. В интервале температур 1147—727° С представ­ляет собой механическую смесь аустенита и цементита, а ниже 727° С состоит из феррита и вторичного цементита. Ледебурит отличается высокой твердостью (НВ 700) и хрупкостью.
...
Перлит (П) — механическая смесь (эвтектоид), состоящая из очень тонких пластинок или зерен цементита и феррита; образуется в результате распада аустенита при 727° С. Содержание углерода в перлите равно 0,80%. Перлит бывает пластинчатый и зернистый, что определяется формой цементита (пластинки или шарообразные зерна).
...
Механические свойства перлита зависят от размеров и формы це­ментита — пластинчатого или зернистого (а„ = 820 МН/м*; б = ^15%; НВ 160).
...
Диаграмма состоянии Fe—С (рис. 40) включает все сплавы (сталь, чугун), имеющие практическое применение. Она является результатом работ многих ученых и непрерывно уточняется вплоть до нашего вре­мени. Практически максимальное содержание углерода в сплавах с же­лезом равно 6,67%. Это значение соответствует содержанию углерода в карбиде железа Fe3C (химическое соединение, которое следует рассматривать как самостоятельный компонент).
...
На диаграмме нанесены сплошные и пунктирные линии. Это свя­зано с тем, что углерод в сплавах может находиться в элементарном виде (графит) и в виде химического соединения (цементит).
...
Таким образом, диаграмма состояния системы железо — углерод может иметь два варианта: 1) система железо — цементит (метастабиль-ная) и 2) система железо—графит (стабильная). Рассмотрим диаграм­му состояния системы железо—цементит (сплошные линии).
...
I чество кремния, марганца, фосфора и др. Кристаллическая решетка феррита — кубическая объемно-центрированная с координационным числом 8, т. е. такая же, как и у чистого а-железа.
...
Верхняя часть диаграммы железо—цементит. Точка А на диаграмме показывает температуру плавления чистого железа, а точка D' пока­зывает температуру плавления цементита. Процесс кристаллизации расплава начинается по линии A BCD (линия ликвидуса). Выше ли-
...
кий сплав и кристаллы твердых растворов. Рассматривая линию A BCD, можно отметить, что с увеличением содержания углерода в железе до 4,3% температура плавления сплава понижается, а с даль­нейшим повышением содержания углерода (участок CD) температура плавления сплава увеличивается. На участке линии ликвидуса А В выделяются кристаллы б-раствора, состав которых определяется ли­нией АН. Состав жидкой фазы изменяется по линии А В. Предельную растворимость углерода (0,1%) в Fee при температуре 1493СС пока­зывает точка Н. На линии HJB при температуре 1493°С жидкость, содержащая 0,5% С (точка В), реагируете ранее выпавшими кристалла­ми 6-раствора и образуют кристаллы нового вида. Реакцию подобного типа называют перитектической. В результате этой реакции образуют­ся кристаллы аустенита, содержащего 0,18%С (точка J).
...
По линии ВС при понижении температуры из расплава выпадают кристаллы аустенита переменного состава, в которых содержание угле­рода от 0,5 до 4,3% меньше, чем в жидкой фазе, из которой они вы­деляются. Изменение состава жидкой фазы с понижением температуры происходит по линии ВС, а выпавших кристаллов — по линия JE (линия солидуса). Если сплавы содержат до 2,0% С, то их кристалли­зация заканчивается при температуре выше 1147°С. Кристаллизация сплавов, содержащих 2—4,3%, заканчивается полностью по линии ЕС при температуре 1147° С, где жидкая фаза обогащается углеродом до 4,3%. Одновременно из расплава выпадают кристаллы аустенита, содержащие 2% С (точка Е) и цементита, содержащего 6,67% С (точ­ка F). Механическая смесь кристаллов цементита и аустенита образует ледебурит (точка С).
...
Сплавы, лежащие правее точки С, т. е. содержащие от 4,3 до 6,67% С, кристаллизуются по линии CD. В начале кристаллизации из распла­ва выделяется первичный цементит. По мере выпадения из жидкого расплава первичного цементита содержание углерода в жидкой фазе уменьшается. При температуре П47°С (линия CF) оставшийся расплав содержит 4,3% С и затвердевает с образованием ледебурита (эвтекти­ки). В результате окончательно затвердевший сплав (ниже линии CF) состоит из первичного цементита и ледебурита.
...
Сплавы, находящиеся влево от точки С (содержащие до 4,396 С), называют доэвтектическими, а сплавы, находящиеся вправо от точки С (содержащие более 4,3% С) — заэвтектическими. Между линиями ликвидуса ABCD и солидуса AHJECF (области // и ///) железо­углеродистые сплавы состоят из жидкой и твердой фаз, причем с пони­жением температуры количество твердой фазы увеличивается.
...
Таким образом, непосредственно после окончания затвердевания структура доэвтектических сплавов состоит из аустенита и леде­бурита, структура эвтектического сплава из ледебурита и структура заэвтектических сплавов из первичного цементита и ледебурита.
...
Нижняя часть диаграммы системы железо—цементит. Ниже линии солидуса AHJECF в затвердевших сплавах при понижении темпера­туры наблюдаются дальнейшие изменения их структуры, связанные с перекристаллизацией в твердом состоянии. Такие изменения называ­ют вторичной кристаллизацией. С понижением температуры железо
...
кий сплав и кристаллы твердых растворов. Рассматривая линию A BCD, можно отметить, что с увеличением содержания углерода в железе до 4,3% температура плавления сплава понижается, а с даль­нейшим повышением содержания углерода (участок CD) температура плавления сплава увеличивается. На участке линии ликвидуса А В выделяются кристаллы б-раствора, состав которых определяется ли­нией АН. Состав жидкой фазы изменяется по линии А В. Предельную растворимость углерода (0,1%) в Fee при температуре 1493СС пока­зывает точка Н. На линии HJB при температуре 1493°С жидкость, содержащая 0,5% С (точка В), реагируете ранее выпавшими кристалла­ми 6-раствора и образуют кристаллы нового вида. Реакцию подобного типа называют перитектической. В результате этой реакции образуют­ся кристаллы аустенита, содержащего 0,18%С (точка J).
...
По линии ВС при понижении температуры из расплава выпадают кристаллы аустенита переменного состава, в которых содержание угле­рода от 0,5 до 4,3% меньше, чем в жидкой фазе, из которой они вы­деляются. Изменение состава жидкой фазы с понижением температуры происходит по линии ВС, а выпавших кристаллов — по линия JE (линия солидуса). Если сплавы содержат до 2,0% С, то их кристалли­зация заканчивается при температуре выше 1147°С. Кристаллизация сплавов, содержащих 2—4,3%, заканчивается полностью по линии ЕС при температуре 1147° С, где жидкая фаза обогащается углеродом до 4,3%. Одновременно из расплава выпадают кристаллы аустенита, содержащие 2% С (точка Е) и цементита, содержащего 6,67% С (точ­ка F). Механическая смесь кристаллов цементита и аустенита образует ледебурит (точка С).
...
Сплавы, лежащие правее точки С, т. е. содержащие от 4,3 до 6,67% С, кристаллизуются по линии CD. В начале кристаллизации из распла­ва выделяется первичный цементит. По мере выпадения из жидкого расплава первичного цементита содержание углерода в жидкой фазе уменьшается. При температуре П47°С (линия CF) оставшийся расплав содержит 4,3% С и затвердевает с образованием ледебурита (эвтекти­ки). В результате окончательно затвердевший сплав (ниже линии CF) состоит из первичного цементита и ледебурита.
...
Сплавы, находящиеся влево от точки С (содержащие до 4,396 С), называют доэвтектическими, а сплавы, находящиеся вправо от точки С (содержащие более 4,3% С) — заэвтектическими. Между линиями ликвидуса ABCD и солидуса AHJECF (области // и ///) железо­углеродистые сплавы состоят из жидкой и твердой фаз, причем с пони­жением температуры количество твердой фазы увеличивается.
...
Таким образом, непосредственно после окончания затвердевания структура доэвтектических сплавов состоит из аустенита и леде­бурита, структура эвтектического сплава из ледебурита и структура заэвтектических сплавов из первичного цементита и ледебурита.
...
Нижняя часть диаграммы системы железо—цементит. Ниже линии солидуса AHJECF в затвердевших сплавах при понижении темпера­туры наблюдаются дальнейшие изменения их структуры, связанные с перекристаллизацией в твердом состоянии. Такие изменения называ­ют вторичной кристаллизацией. С понижением температуры железо
...
Нижняя часть диаграммы системы железо—цементит.
...
переходит из одной модификации в другую (FeT->Fea) и раствори­мость углерода в Fev и Fea заметно уменьшается.
...
Доэвтектические сплавы (до 2% С) в области IV состоят из одного аустенита. При охлаждении сплавов, содержащих менее 0,8% С (левее точки S), ниже линии GOS происходит распад аустенита с выделением из него избыточного феррита. Так как феррит, выделяющийся при ох­лаждении аустенита по линии GOS, содержит не более 0,025% С
...
Таким образом, доэвтектоидные сплавы в области VIH состоят из аустенита и феррита, а в области IX — из феррита и перлита. За-эвтектоидные сплавы (0,8—2,0% С) в области V состоят из аустенита и
...
Сплавы, содержащие от 2,0 до 4,3% С, выше линии PSK, но ниже линии ECF (область VI) состоят из аустенита, вторичного цементита и ледебурита.
...
По линии PSK и ниже в этих же сплавах (область XI) происходит превращение аустенита в перлит; структура сплава состоит из перли­та, вторичного цементита и ледебурита. Сплавы, соответствующие эвтектической точке С,
...
Сплавы, содержащие 4,3—6,7% С, ниже линии CF, но выше линии PSK (область V//) состоят из первичного цементита и ледебурита; ниже линии PSK (область Xfl) сплавы сохраняют эту структуру.
...
После медленного охлаждения сталь с низким содержанием угле­рода (0,02%) состоит из одного феррита, который наблюдается под микроскопом в виде светлых зерен различной формы и размеров. С увеличением содержания углерода в доэвтектоидных сталях появляет­ся новая структурная составляющая— перлит в виде отдельных не­больших темных зерен между светлыми зернами феррита. С увеличе­нием концентрации углерода количество перлита пропорционально возрастает, а при содержании в стали 0,80% С структура состоит только из перлита. Обычно перлит имеет пластинчатое или зернистое глобу­лярное строение в зависимости от формы зерен цементита. В первом случае под микроскопом перлит наблюдается в виде светлых и темных полосок, а во втором — в виде мелких округлых зерен цементита, равномерно распределенных в феррите. Зернистый перлит можно по­лучить из пластинчатого путем длительной выдержки при температуре около 700° С.
...
В заэвтектоидных сталях в а руктуре перлита появляется новая фаза — вторичный цементит, который наблюдается обычно в виде свет­лой сетки между зернами перлита. С увеличением содержания угле­рода количество цементита в заэвтектоидной стали возрастает. При этом он остается в форме сетки.
...
Содержание углерода в стали можно определять с приемлемой точ­ностью по структуре. В качестве примера возьмем сталь, содержащую около 25% перлита и 75% феррита; это легко определяется под микро­скопом (иа глаз) или по микрофотографии. Не учитывая углерод фер­рита, получаем, что 100% перлита содержат 0,8% С; 25% перлита со­держат х % С:
...
В заэвтектоидной стали, содержащей, к примеру, 90% перлита и 10% вторичного цементита, содержание углерода в образце также можно определить расчетом: 100% цементита содержат 6,67?о С; 10% цементита содержат х % С
...
Диаграмма состояния системы железо — углерод позволяет свя­зать внутреннее строение железоуглеродистых сплавов с их химиче­ским составом и условиями охлаждения.
...
На рис. 41 приведены упрощенная диаграмма состояния системы железо —- углерод и микроструктуры сплавов различного состава после их затвердевания с умеренной скоростью охлаждения. На этом же рисунке показаны кривые охлаждения выбранных сплавов; масштаб температур диаграммы состояния и кривых охлаждения сплавов оди­наков.
...
Охлаждение расплава К\ (рис. 41, о), содержащего 0,025% С, ха­рактеризуется отрезком /—2. Кристаллизация сплава начинается в
...
После медленного охлаждения сталь с низким содержанием угле­рода (0,02%) состоит из одного феррита, который наблюдается под микроскопом в виде светлых зерен различной формы и размеров. С увеличением содержания углерода в доэвтектоидных сталях появляет­ся новая структурная составляющая— перлит в виде отдельных не­больших темных зерен между светлыми зернами феррита. С увеличе­нием концентрации углерода количество перлита пропорционально возрастает, а при содержании в стали 0,80% С структура состоит только из перлита. Обычно перлит имеет пластинчатое или зернистое глобу­лярное строение в зависимости от формы зерен цементита. В первом случае под микроскопом перлит наблюдается в виде светлых и темных полосок, а во втором — в виде мелких округлых зерен цементита, равномерно распределенных в феррите. Зернистый перлит можно по­лучить из пластинчатого путем длительной выдержки при температуре около 700° С.
...
В заэвтектоидных сталях в а руктуре перлита появляется новая фаза — вторичный цементит, который наблюдается обычно в виде свет­лой сетки между зернами перлита. С увеличением содержания угле­рода количество цементита в заэвтектоидной стали возрастает. При этом он остается в форме сетки.
...
точке 2 и заканчивается в точке 3. От точки 2 до точки 3 из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита переменного состава, при­чем концентрация жидкости изменяется по линии ликвидуса, а кон­центрация твердой фазы — по линии солидуса. От точки 3 до точки 4 происходит охлаждение аустенита, от точки 4 до точки 5 — выделение
...
из аустенита кристаллов феррита. На отрезке 5—б охлаждается фер­рит. На отрезке 6—7 при охлаждении ниже температуры 727° С из фер­рита выделяется избыточный углерод в виде так называемого третично­го цементита.
...
Затвердевший сплав имеет структуру феррита (светлые зерна раз­личной величины и формы) и небольшое количество трстлчного цемен­тита, располагающегося преимущественно по границам зерен феррита (рис. 41, б).
...
Охлаждение сплава /f2 между точкам» /—i протекает так же, как и сплава /<"[■ От точки 4 до точки 5 из аустенита выделяется феррит. На линии 5—5' происходит эзтектондное превращение, т. е. аустенит
...
точке 2 и заканчивается в точке 3. От точки 2 до точки 3 из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита переменного состава, при­чем концентрация жидкости изменяется по линии ликвидуса, а кон­центрация твердой фазы — по линии солидуса. От точки 3 до точки 4 происходит охлаждение аустенита, от точки 4 до точки 5 — выделение
...
из аустенита кристаллов феррита. На отрезке 5—б охлаждается фер­рит. На отрезке 6—7 при охлаждении ниже температуры 727° С из фер­рита выделяется избыточный углерод в виде так называемого третично­го цементита.
...
Затвердевший сплав имеет структуру феррита (светлые зерна раз­личной величины и формы) и небольшое количество трстлчного цемен­тита, располагающегося преимущественно по границам зерен феррита (рис. 41, б).
...
Охлаждение сплава /f2 между точкам» /—i протекает так же, как и сплава /<"[■ От точки 4 до точки 5 из аустенита выделяется феррит. На линии 5—5' происходит эзтектондное превращение, т. е. аустенит
...
точке 2 и заканчивается в точке 3. От точки 2 до точки 3 из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита переменного состава, при­чем концентрация жидкости изменяется по линии ликвидуса, а кон­центрация твердой фазы — по линии солидуса. От точки 3 до точки 4 происходит охлаждение аустенита, от точки 4 до точки 5 — выделение
...




Необычные свойства обычных металлов
Физические методы исследования металлов и сплавов
Ручная дуговая сварка
Технология металлов и сварка
Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учебное пособие
Сварка, резка, пайка металлов
Сварка, резка и пайка металлов