Діаграми стану сплавів та їх зв’язок із властивостями матеріалів - Курсовая работа

Залежність агрегатного та фазового станів сплавів від їх складу та температури встановлюють експериментально за допомогою термічного аналізу - визначення критичних точок перетворень за кривими нагрівання (охолодження). У ряді випадків для визначення критичних точок поряд із термічним аналізом застосовують металографічний, Діаграмою стану сплавів називають графічне зображення залежності їх фазового складу від температури та концентрації за умов рівноваги. Сплавами називають тверді речовини, отримані шляхом дифузії елементів у твердому, рідкому чи газоподібному станах. За отриманими даними будують діаграми стану, які відображають звязок між станом сплавів, їх складом і температурою, а також фазові перетворення, які відбуваються в сплавах під час нагрівання й охолодження. На основі діаграми стану сплавів можна зробити висновки про властивості всіх сплавів.Сплави типу твердих розчинів бувають трьох видів: тверді розчини заміщення, тверді розчини проникнення і тверді розчини віднімання. Тверді розчини заміщення утворюються в тих випадках, коли атоми речовини, що розчиняється, заміщують в кристалічних гратах атоми розчинника (рис. 1в) утворюються тільки в сплавах, що містять хімічні сполуки, коли надлишкові атоми одного з компонентів займають суворо визначені місця в кристалічних гратах, а місця, які повинні бути зайняті атомами іншого компонента, залишаються частково вільними, наприклад у гратах карбідів TIC, WC (місця, що належать вуглецю, залишаються вільними). Під числом ступенів вільності С системи розуміють число факторів (температура, тиск, концентрація), які можна змінювати без зміни числа фаз у системі. Це значить, що неможливо змінювати температуру і концентрацію системи без порушення рівноваги і зміни числа фаз до тих пір, доки не зникне одна з фаз і система не перетвориться в однофазну.У сплавах, які створюють одноманітні діаграми стану, властивості змінюються ідентично. Такі діаграми є цінним доповненням до діаграм стану сплавів, тому що вони для кожної системи характеризують зміну тієї або іншої властивості сплаву в залежності від складу. Крім твердості, міцності, електропровідності діаграми стану дають можливість визначити ливарні властивості, здатність піддаватися гарячій механічній обробці, обробці різанням та ін. Величина перепаду температур між точками ліквідус і солідус визначає ступінь ліквації та можливої неоднорідності сплаву; евтектичні сплави мають кращі ливарні властивості та оброблюваність різанням; сплави - тверді розчини, які добре обробляються тиском. Для подвійних сплавів існує чотири типи діаграм стану: - діаграми стану механічних сумішей;Найбільш поширеними є випробування на твердість, статичний розтяг, динамічні випробування, на втомленість, повзучість та зношування, які свідчать про властивості металів. Динамічними називають випробування, при яких метал піддають впливу удару або сили, яка зростає дуже швидко. AN відповідає a(d)-залізу, відрізок NG - g-залізу, відрізок нижче точки G - а-залізу. За кількістю вуглецю і за структурою сталі поділяються на: доевтектоїдні (0,02% <С <0,8%), структура перліт ферит (П Ф); евтектоїдні (С = 0,8%), структура перліт (П); заевтектоїдні (0,8 % <С <2,14%), структура перліт вторинний цементит (П ЦІІ). За кількістю вуглецю і за структурою білі чавуни поділяються на доевтектичні (2,14% <С <4,3%), структура ледебурит перліт вторинний цементит (П Л ЦІІ); евтектичні (С = 4,3%), структура ледебурит (Л); заевтектичні (4,3% <С <6,67%), структура ледебурит цементит (Л ЦІ).По осях ординат діаграм відкладають показники властивостей (границю міцності, твердість, електричний опір та ін.), а по осях абсцис - концентрацію сплаву. У сплавах, які твердіють за діаграмою стану І типу, в твердому стані міститься механічна суміш вихідних компонентів. Властивості сплавів, які тверднуть за діаграмою стану II типу (які утворюють тверді розчини), змінюються по кривій лінії. Це зумовлено тим, що внаслідок викривлення кристалічної решітки розчинника твердий розчин має більш високу міцність і твердість, ніж вихідні компоненти. При утворенні твердих розчинів з обмеженою розчинністю (кристалізуються за діаграмою стану III типу, див. рис.

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ЗВЯЗОК ДІАГРАМ З ВЛАСТИВОСТЯМИ СПЛАВІВ

1.1 Види структур сплавів

1.2 Залежність властивостей сплавів від їх складу

2. ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНУ ДІАГРАМИ ЗАЛІЗО-ВУГЛЕЦЬ

2.1 Основні методи дослідження сплавів

2.2 Діаграма стану “залізо-цементит”

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

Звязок між властивостями сплавів і типом діаграми стану був вперше встановлений М.С. Курнаковим.

По осях ординат діаграм відкладають показники властивостей (границю міцності, твердість, електричний опір та ін.), а по осях абсцис - концентрацію сплаву.

У сплавах, які твердіють за діаграмою стану І типу, в твердому стані міститься механічна суміш вихідних компонентів. Зміна властивостей цих сплавів відбувається за лінійним законом.

Властивості сплавів, які тверднуть за діаграмою стану II типу (які утворюють тверді розчини), змінюються по кривій лінії. Це зумовлено тим, що внаслідок викривлення кристалічної решітки розчинника твердий розчин має більш високу міцність і твердість, ніж вихідні компоненти. Таким чином, тверді розчини мають підвищене значення твердості і границі міцності. При цьому високі показники міцності звичайно поєднуються з високою пластичністю. Тому сплави, які утворюють однорідні тверді розчини, звичайно легко обробляються тиском (прокатування, кування, штампування). У той самий час вони мають низькі ливарні властивості (схильні до утворення тріщин при кристалізації). Утворення твердих розчинів завжди призводить до збільшення електричного опору.

При утворенні твердих розчинів з обмеженою розчинністю (кристалізуються за діаграмою стану III типу, див. рис. 1.6) властивості однофазних твердих розчинів змінюються за кривою, а властивості суміші двох фаз - за прямою.

Ливарні властивості сплавів, які утворюють тверді розчини з обмеженою розчинністю, залежать від інтервалу температур кристалізації. Чим більший цей інтервал, тим менша текучість сплаву і тим більша його схильність до ліквації. Тому для одержання добрих ливарних властивостей концентрація компонентів сплавів повинна бути близькою до евтектичного складу.

Однофазні сплави твердих розчинів з обмеженою розчинністю мають високу пластичність і добре прокатуються, куються, пресуються. Проте при появі у структурі евтектики пластичність різко знижується.

Характерною особливістю властивостей сплавів, які кристалізуються за діаграмою сплаву IV типу, є велика твердість, підвищена крихкість, високий електричний опір, низька схильність до пластичної деформації. Властивості залежать від складу по прямій лінії (в ряді випадків по кривій). Дві прямі перетинаються у точці, яка відповідає чистій хімічні сполуці і називається сингулярною точкою. Концентрація, яка відповідає хімічній сполуці, має максимум або мінімум властивостей (наприклад, максимальну твердість і мінімальну пластичність).

Твердість багатьох хімічних сполук значно перевищує твердість більш твердого компонента. Наприклад, Sn і Mg, Cu і Sn утворюють дуже тверді хімічні сполуки Mg2Sn, Cu3Sn тощо. Особливо різко підвищується твердість при утворенні хімічних сполук деяких металів з металоїдами - С і N. Карбіди Сг, W, V, Ті та інших металів мають дуже високу твердість. Через це дані хімічні сполуки широко застосовуються для виготовлення різального інструменту.

1. Материаловедение: Учебник для вузов / Ю.Л. Солнцев, Е.И. Пряхин, Ф. Войткун - М.: МИСИС, 1999. - С. 128-170.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - C. 37-67.

3. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. - 2-е изд., доп. - М.: Металлургия, 1975. - 240 с.

4. Волчок И.П. Сопротивление разрушению стали и чугуна. - М.: Металлургия, 1993. - 192 с.

5. Конструкционные материалы: Справочник. / Б.Н. Арзамасов, В.А. Прострем, И.А. Буше и др. / Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

6. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей: Справочник. / Под общ. ред. В.Д. Кальнера. - М.: Машиностроение, 1984. - 384 с.

Размещено на