Свойства внутреннего строения конструкционных материалов и определение связи строения с механическим, физическим свойствами и химическим составом. Применение правила Гиббса и диаграмма Курнакова. Виды термической обработки, состав и маркировка сталей.
Аннотация к работе
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА на тему: «Свойства конструкционных материалов»Кристалл - атомная структура, состоящая из атомов, зафиксированных друг относительно друга. Начало кристаллизации при T<T0 сопровождается образованием внутри жидкости мельчайших зародышей кристаллов, то есть небольших групп атомов, располагающихся фиксировано друг относительно друга и образующих кристаллическую решетку. L - liquid. dbe - линия солидус - геометрическое место точек конца процесса кристаллизации; Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии. abd и bce - двухфазное состояние сплавов - происходит процесс кристаллизации. Сплав (3): Выше температуры t4 - охлаждение сплава - превращений нет. t4 - t5 - первичная кристаллизация а-кристаллов, при этом содержание компонента А в жидкости уменьшается и состав жидкости постепенно приближается к эвтектическому (при t5). При этом химический состав образующихся a-кристаллов будет меняться от x, через xg до исходного состава x в соответствии с правилом отрезков, то есть при кристаллизации a - кристаллы, образующиеся на разных этапах кристаллизации имеют разный химический состав.
Отрицательные свойства алюминия: - низкая прочность (sв = 100 МПА);
- плохие литейные качества;
- требует специальных методов пайки и сварки;
Алюминий применяется как конструкционный материал. Из него изготавливают слабонагруженные детали в химических аппаратах.
Маркировка алюминия: Марка А999 А95 А7 А0 A Примеси, % 0,001 0,05 0,3 1,0 2,0
Al, % 99,999 99,95 99,7 99,0 98,0
Основные цели легирования алюминия: повышение прочности, улучшение литейных качеств. Основные легирующие металлы: медь, магний, марганец. Обобщенная диаграмма состояния сплавов алюминия с легирующими элементами.
Деформируемые неупрочняемые сплавы: (Al Mg, Mg < 6%; Al Mn, Mn < 1,5%). Особенность: Однородная структура, a твердый раствор легирующих элементов в алюминии. Цель легирования: повышение прочности (sв = 200 МПА). Детали из таких сплавов сохраняют пластичность алюминия, используются для слабонагреваемых деталей, получаемых методом пластичного деформирования.
Маркировка: АМГ6 (6% Mg); АМЦ (1% Mn).
Деформируемые упрочняемые сплавы: (Al Cu Mg - дюралюминий). Особенность: Если в литом состоянии алюминий легирован медью и магнием, то сплав похож на предыдущий (при литье sв = 200 Мпа). Такой сплав подвергается термическому упрочнению. Процесс упрочнения состоит в следующем: закалка и старение. DF - линия предельной растворимости.
Закалка - нагрев выше температуры DF и охлаждение со скоростью выше критической; результат - образование пересыщенного твердого раствора меди в алюминии (после закалки sв = 250 Мпа).
Старение - выдержка при нормальной или повышенной температуре.
За счет диффузии атомы легирующего элемента перемещаются и образуют внутри кристаллические зоны с повышенной концентрацией, в результате эти зоны играют роль барьеров при деформации кристаллов (sв = 500-550 МПА).
Старение при нормальной температуре - естественное старение.
Старение при повышенной температуре - искусственное старение.
При искусственном старении увеличение времени выдержки может привести к образованию вторичных b - кристаллов и падению предела прочности до sв = 200 Мпа.
Маркировка: Д2; Д16 (2 и 16 в данном случае номера сплавов).
Литейные сплавы: (Al Si, Si < 13% - силумин).
- Узкий температурный диапазон кристаллизации;
- Жидкотекучесть;
- Малая усадка;
Желательно брать сплав до линии эвтектики, но не желательно переходить вправо через нее.
В этой области: - Крупные кристаллы эвтектики;
- Наличие в эвтектике хрупких и непрочных кристаллов кремния;
Поэтому у силумина: практически отсутствует пластичность, sв = 150-170 Мпа. За счет модифицирования свойства сплава могут быть улучшены. Модификаторы (0,5% Na или Li) способствуют появлению мелкой эвтектики.
Маркировка: АЛ2 (алюминий литейный, 2 - номер сплава).
Медь и сплавы на ее основе.
Медь и ее особенности: - высокая пластичность;
- высокая тепло- и электропроводность;
- низкая прочность (sв = 200 Мпа);
- очень высокая стоимость;
Медь используется в основном для изготовления ведущих частей в электротехнических приборах.
Таблица: Маркировка
Маркировка М00 М0 М1 …
Примесей, % < 0,01 < 0,05 < 0,1
Основные цели легирования меди: повышение прочности, снижение стоимости за счет использования более дешевых легирующих элементов.
Латунь.
Латунь - сплав меди и цинка (до 45% цинка). Существует однофазная (содержит a -твердый раствор цинка в алюминии, Zn < 39%) и двухфазная (содержит a - твердый раствор и b - твердый раствор цинка в алюминии, 39% < Zn < 45%) латунь.
Назначение сплава: обработка давлением, литье. Цинк способствует повышению прочности и твердости меди; при содержании цинка до 39% - обеспечивается высокая пластичность меди.
Маркировка: Л61: 61% Cu 39% Zn; ЛАЖ60-1-1: 60% Cu 1% Al 1% Fe 38% Zn.
Особенности маркировки меди: обозначения легирующих элементов меди не совпадают с обозначением легирующих элементов в сталях.
Большинство дополнительных элементов влияет на механические свойства латуни аналогично цинку.
Бронзы.
Бронза - сплав меди с любым легирующим элементом кроме цинка.
Основные легирующие элементы: олово, свинец, алюминий (соответственно получается оловянная бронза, свинцовая и алюминиевая).
Классификация: БРОФ10-1: 10% Sn 1% P 89% Cu; БРС30: 30% Pb 70% Cu; БРАЖН10-4-1: 10% Al 4% Fe 1% Ni 85% Cu.
Бронза обладает твердостью, прочностью, хорошими литейными характеристиками.