Формирование структуры литых металлов

Формирование структуры литых металлов

Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: Твердом, Жидком Газообразном

Переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией.

Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно – самопроизвольная кристаллизация. Или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации – несамопроизвольная кристаллизация.Самопроизвольная кристаллизация обусловлена стремлением вещества иметь более устойчивое состояние, характеризуемое уменьшением свободной энергии или термодинамического потенциала. Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации. Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения.

Процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое можно изобразить графически в координатах температура – время по так называемым кривым охлаждения. Процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов: зарождения мельчайших зародышей или центров кристаллизации; роста кристаллов из этих центров.

Строение металлического слитка. Слиток состоит из трех зон: мелкокристаллическая корковая зона; зона столбчатых кристаллов; внутренняя зона крупных равноосных кристаллов.

Правило фаз – это закон, выражающий соотношение между числом фаз Ф, числом компонентов К, внешних переменных В и числом степеней свободы для равновесной температуры. ФАЗА – это однородная часть системы, ограниченная от другой части системы поверхностью раздела при переходе через которую свойства изменяются скачкообразно. КОМПОНЕНТАМИ системы называют химические соединения или элементы, из которых может быть образована любая система. Это может быть один металл или элементы сплава. ЧИСЛОМ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ – или ВАРИАНТНОСТЬЮ СИСТЕМЫ называют количество факторов (концентрация, температура, давление), которые можно произвольно изменять без изменения числа фаз системы.

 

Математически выражение правила фаз имеет вид: С = К - Ф + 1, где К – количество компонентов, образующих систему Ф- число фаз в системе В – число внешних переменных. Если С =0, то такое равновесие называется НОНВАРИАНТНЫМ. При нонвариантном равновесии сплав из данного числа фаз может существовать только в совершенно определенных условиях - при постоянной температуре. На кривой охлаждения – площадка. Если С = 1, то система называется МОНОВАРИАНТНОЙ, система находится не в равновесии, следовательно, температура меняется – на кривой перегиб

Типы диаграмм состояния

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых нерастворимы друг в друге в твердом состоянии

ПРАВИЛО ОТРЕЗКОВ. 1 – правило концентраций- позволяет определить составы (концентрации) фаз. 2- правило рычага – определяет количественные соотношения фаз в процессе кристаллизации для любого сплава системы.

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых нерастворимы друг в друге в твердом состоянии

Углеродистые стали

ВЛИЯНИЕ МАРГАНЦА И КРЕМНИЯ

Содержание кремния в виде примеси составляет обычно до 0,4%, марганца – до 0,5-0,8%. Марганец и кремний переходят в сталь в процессе ее раскисления при выплавке. Они раскисляют сталь. Раскисление улучшает свойства сталей. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний сильно повышает предел текучести стали. Марганец повышает прочность стали, не снижая ее пластичности. Марганец уменьшает вредное влияние серы и кислорода.

ВЛИЯНИЕ СЕРЫ

Сера является вредной примесью. Образуя с железом химическое соединение FeS и реагируя с железом оно образует легкоплавкую эвтектику. Эвтектика образуется даже при очень малых количествах серы. Кристаллизуясь из жидкости, эвтектика располагается по границам зерен, при нагреве стали до температур прокатки или ковки эвтектика расплавляется, нарушая связь между зернами. В местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины. Это явление называется красноломкость. марганец уменьшает красноломкость Сернистые соединения сильно снижают механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность. Содержание серы не должно превышать 0,035 – 0,06 %

ВЛИЯНИЕ ФОСФОРА

Фосфор – вредная примесь. Содержание его не должно превышать 0,025 – 0,045 %. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает кристаллическую решетку, увеличивает временное сопротивление и снижает пластичность и вязкость. Фосфор обладает большой склонностью к ликвации.

ЧУГУНЫ

Чугуны - это сплавы железа, содержащие от 2,14 до 6,67% углерода. Чугуны – более дешевый материал, чем стали. Они обладают пониженной температурой плавления, хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки более сложных форм, чем из сталей. Чугуны плохо деформируются (в обычных условиях не поддаются ковке). Благодаря сочетанию высоких литейных свойств с достаточно высокой прочностью и износостойкостью, а также относительной дешевизне чугуны широко применяются в машиностроении. Детали машин, полученные из чугунных отливок, значительно дешевле, чем детали, изготовленные обработкой резанием или из поковок или штамповок.

В зависимости от того, в каком состоянии находится углерод в сплавах, различают следующие виды чугунов: белые - углерод или часть его находится в связанном состоянии. серые - углерод или часть его находится в виде графита пластинчатой формы. высокопрочные - графит шаровидной формы. ковкие - графит в виде хлопьев. В структуре чугунов с графитом различают включения графита и металлическую основу, которая может быть - ферритная, феррито-перлитная или перлитная.

Белый чугун

Такое название он получил по виду излома, который имеет белый, блестящий вид. Углерод в белом чугуне находится в связанном состоянии, в виде цементита. В зависимости от содержания углерода белые чугуны могут быть: доэвтектическими (перлит +цементит + ледебурит), эвтектическими (ледебурит) заэвтектическими (цементит и ледебурит)

Серый чугун

Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет. В структуре серого чугуна весь углерод или его часть находится в виде графита. Графит - это аллотропическая модификация чистого углерода. Кристаллическая решетка графита - гексагональная, слоистая, что делает графит малопрочным и мягким. Процесс образования в чугунах графита называется графитизацией.

Высокопрочные чугуны

Высокопрочным называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. По содержанию остальных элементов высокопрочный чугун не отличается от серого.

 

Ковкие чугуны

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Ковкие чугуны – условное название более пластичного по сравнением с серым чугуна

Основные виды ТО

Отжиг (первого рода) – термическая операция, состоящая в нагреве металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествующей обработки, и приводящая металл в более устойчивое состояние. Отжиг (второго рода) – нагрев металла выше температуры превращения с последующим достаточно медленным охлаждением для получения структурно устойчивого состояния сплава. Закалка – нагрев металла выше температуры превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно неустойчивого состояния сплава. Отпуск – нагрев закаленного сплава ниже температуры превращения для получения более устойчивого структурного состояния.

Химико-термическая обработка – нагрев сплава в соответствующих химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностных слоев. Термомеханическая (термопластическая) обработка – деформация и последующая термическая обработка, сохраняющая в той или иной форме результаты наклепа

НОРМАЛИЗАЦИЯ

Нормализацией называется вид термической обработки, заключающейся в нагреве стали до температур выше критических, выдержке и охлаждении на спокойном воздухе. Доэвтектоидные стали нагревают до температуры выше на 30-50оС линии Асз, а заэвтектоидные – выше температуры Асm.

ЗАКАЛКА СТАЛИ

Закалкой называется вид термообработки, состоящий в нагреве стали до температуры выше критических точек Асз или Ас1, выдержке при этой температуре для завершения фазовых превращений и последующем быстром охлаждении. Для углеродистых сталей - чаще всего - это охлаждение проводят в воде, для легированных – в масле. Закалка не является окончательной операцией термообработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой и получить требуемые механические свойства – сталь после закалки подвергают отпуску. Цель закалки – получение высокой твердости, прочности, износостойкости.

ОТПУСК СТАЛИ

Отпуском называется вид термической обработки, состоящей в нагреве закаленной стали до температур ниже критической Ас1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые свойства. Отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие после закалки.

Различают следующие виды отпуска: Низкий отпуск достигается нагревом до температуры 150—250° С, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Средний отпуск производят при 300—500° С. Твердость стали заметно понижается, вязкость увеличивается. Средний отпуск применяют для пружин, рессор, а также инструмента, который должен иметь значительную прочность и упругость при средней твердости. Высокий отпуск происходит при 500—600° С, его основное назначение — получить наибольшую вязкость при доста­точных пределах прочности и упругости стали. Применяют этот вид отпуска для деталей из конструкционных сталей, подвергающихся действию высоких напряжений, особенно при ударной нагрузке

УЛУЧШЕ́НИЕ СТА́ЛИ, двойная термическая обработка — закалка на мартенсит с последующим высоким отпуском для получения однородной дисперсной структуры сорбита, обеспечивающей хорошее сочетание прочности, пластичности, ударной вязкости и критической температуры перехода из вязкого в хрупкое состояние.

 

 

Основные виды ХТО

Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации – получение твердой и износостойкой поверхности при сохранении вязкой пластичной сердцевины.(твердая газовая жидкостная)

Азотированием называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в атмосфере аммиака. Цель азотирования – повышение твердости поверхностного слоя износостойкости предела выносливости сопротивления коррозии

ЦИАНИРОВАНИЕ

Цианированием называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температуре 820-950оС в расплавленных цианистых солях. Цели цианирования – повышение поверхностной твердости, прочности, износостойкости, коррозионной стойкости, предела выносливости.Различают:. СРЕДНЕТЕМПЕРАТУРНОЕ ЦИАНИРОВАНИЕ. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ЦИАНИРОВАНИЕ

НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ

Нитроцементация – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температуре 840-860оС в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Цели – те же, что и при цианировании.

 

 

БОРИРОВАНИЕ

Борирование – это вид ХТО, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагреве в соответствующей среде. Цель борирования – повышение поверхностной твердости, износостойкости, коррозионной стойкости, окалиностойкости до 800^оС и теплостойкости.

ДИФФУЗИОННАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ

Диффузионная металлизация – это насыщение поверхностного слоя стали алюминием, хромом, цинком, кремнием и др. Различают следующие виды диффузионной металлизации: АЛИТИРОВАНИЕ -Это диффузионное насыщение поверхностного слоя металла алюминием. ХРОМИРОВАНИЕ -хром СИЛИЦИРОВАНИЕ –кремний

Инструментальные материалы

Инструментальные стали подразделяются на следующие группы: 1.ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ ПОНИЖЕнНОй ПРОКАЛИВАЕМОСТИ Это углеродистые или легированные стали с малым процентом легирующих компонентов. Марки–У7,У8,У9,У10,У11,У12,У13 Х05,Х06,65ХФ, 85ХФ

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435). Содержат 0,65…1,35% углерода.Стали У7…У13А – обладают высокой твердостью, хорошо шлифуются, дешевы и недефицитны.Из сталей марок У7, У8А изготавливают инструмент для работы по дереву и инструмент ударного действия, когда требуется повышенная вязкость – пуансоны, зубила, штампы, молотки.Стали марок У9…У12 обладают более высокой твердостью и износостойкостью – используются для изготовления сверл, метчиков, фрез.Сталь У13 обладает максимальной твердостью, используется для изготовления напильников, граверного инструмента.

Инструментальные стали Повышенной прокаливаемости Это легированные стали, содержащие 1-3 % легирующих элементов. инструмент закаливают в масле, поэтому он может иметь более сложную форму, уменьшается опасность возникновения трещин при закалке.Это стали марок: Х -850°/200° 64-61 НRСэ, 9ХС – 800°/150° 65-65НRСэ

Быстрорежущие стали Это стали, предназначенные для изготовления инструмента, работающего при высоких скоростях резания.Это сталь, в отличие от других сталей, обладают высокой красностойкостью, т.е. способностью сохранять мартенситную структуру, а соответственно и твердость при температуре 500-600°С Применение быстрорежущих сталей позволяет увеличить в 2-4 раза скорости резания и 10-30 раз увеличивает стойкость инструмента. Марки быстрорежущих сталей:

Р18 Р6М5 Р9Ф5 Р9К5 Р10К5Ф5 Р9 Р6М3 Р14Ф4 Р9К10Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному карбидному классу.Состав стали Р18: 18 % вольфрама, 4 % хрома, 1 % углерода 1 % ванадия. Структура после закалки – высоколегированный мартенсит, нерастворенные карбиды и остаточный аустенит.

Твердыми сплавами называют сплавы, изготовленные методами порошковой металлургии и состоящие из карбидов тугоплавких металлов- вольфрама, титана, тантала и сцементированных (связанных) кобальтом. Твердые сплавы 3 групп

вОЛЬФРАМОВЫЕ –ВК3,ВК6,ВК8, ВК10,ВК20,ВК25

ТИТАНО-ВОЛЬФРАМОВЫЕ –Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10

ТИТАНО-ТАНТАЛО-ВОЛЬФРАМОВЫЕ - ТТ7К10, ТТ8К6, ТТ10К8

Легированные стали

Легированные стали – это стали, в которые для получения определенных свойств специально введены элементы, называемые легирующими. Например, хром, никель, вольфрам, алюминий и др. По влиянию на полиморфизм железа легирующие элементы делятся на две группы.

Элементы, расширяющие гамма-область 1 группа - никель, марганец, кобальт, медь

Элементы, сужающие гамма область и расширяющие альфа область 2 группа - Cr,W, V, Si, Al, Ti

Конструкционные стали

Конструкционные стали подразделяются:строительные, низколегированные стали, машиностроительные – цементируемые, машиностроительные – улучшаемые, рессорно-пружинные, износостойкие (аустенитная), шарикоподшипниковые, мартенситностареющие высокопрочные стали

Строительные низколегированные стали Это стали, содержащие не более 0,22%С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов. Они хорошо свариваются, это значит, что они не образуют при сварке холодных и горячих трещин. По сравнению с углеродистыми они имеют более высокие значения пределов прочности и текучести при сохранении хорошей пластичности, меньшей склонности к старению и хладноломкости.

Машиностроительные цементируемые легированные стали Углерода в них содержится 0,1-0,25%После цементации, закалки и низкого отпуска цементованный слой должен иметь 58-62 НRСэ, сердцевина – 20-40НRСэ

Рессорно-пружинные стали -высокие пределы упругости и выносливости при достаточной пластичности и сопротивлении, хрупкому разрушению Содержание углерода в них –0,5-0,7%

. Специальные стали – это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами – коррозионной стойкостью, жаростойкостью, износостойкостью и др.

Углеродистые и низколегированные стали подвержены коррозии. 1.Косвенный ущерб от коррозии – это простой оборудования в результате аварий. 2. Прямой включает в себя стоимость замены подвергшихся коррозии частей машин и др.

виды коррозии: химическую – протекающую под действием на металл газов и не электролитов.электрохимическую –вызываемую действием электролитов: кислот, щелочей и солей. К ней также относят атмосферную и почвенную коррозию. Электрохимическая коррозия: Если металл однороден то наблюдается равномерная коррозия, протекающая примерно с одной скоростью по всей поверхности металла. В неоднородном металле, что является наиболее частым, коррозия носит локальный характер. Эту локальную коррозию подразделяют на: точечную, пятнистую, с язвами. Наиболее опасна так называемая интеркристаллитная коррозия, распространяющаяся по границам зерен, она быстро развивается по границам зерен вглубь металла, резко снижая механические свойства.

коррозия под напряжением – она возникает под действием одновременно коррозионной среды и напряжений растяжения. Разновидностью ее является коррозионное растрескивание, образование в металле тонкой сетки трещин.

Антикоррозионными свойствами сталь обладает в том случае, если она легированна большим количеством хрома или хрома и никеля. Таким образом, коррозионно-стойкие стали можно разделить на 2 основных класса: 1Хромистые стали, имеющие после охлаждения на воздухе ферритную, мартенситно-ферритную или мартенситную структуру. 2. Хромо-никелевые - имеющие аустенитную, аустенито-мартенситную или аустенито-ферритную структуру.Хромистые нержавеющие стали.Содержание хрома в них должно быть не менее 12 %. При меньшем его содержании сталь не способна сопротивляться коррозии, т.к. ее электродный потенциал становится отрицательным. Сталь обладает лучшей стойкостью против коррозии только при условии, что все содержание хрома в стали приходится на долю твердого раствора. В этом случае он образует на поверхности плотную защитную окисную пленку Сr2Oз.

хромоо-никелевые нержавеющие стали:

Они содержат большое количество хрома и никеля, мало углерода и относятся к аустенитному классу. Кроме аустенита в них находятся карбиды хрома.ЖАРОСТОЙКИЕ СТАЛИ: Под жаростойкостью или окалиностойкостью - принято понимать способность материала противостоять коррозионному разрушению под действием воздуха и др. газов при высоких температурах.

Если окисная пленка пористая – окисление происходит интенсивно. Если – плотная – окисление замедляется или даже совершенно прекращается.Чем выше содержание хрома – тем выше жаростойкость.Важно. Что жаростойкость столь существенно зависящая от состава, не зависит от структуры сплава.

К жаропрочным относят стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Ползучесть – это деформация, непрерывно увеличивающаяся и завершающаяся разрушением под действием постоянной нагрузки при длительном воздействии температуры.

Магнито-твердые стали и сплавы. К магнитотвердым относят материалы с высокой коэрцетивной силой, мало изменяющейся во времени. Эти материалы служат для изготовления постоянных магнитов.Для получения высокой коэрцетивной силы более эффективной оказалась не нормальная решетка ОЦК (альфа-железо), а искаженная тетрагональная решетка альфа железа в мартенсите. Поэтому эти стали закаливают на мартенсит с минимальным количеством остаточного аустенита. Это могут быть высокоуглеродистые и легированные стали с высокодисперсной неравновесной структурой.

Немагнитные стали

Относятся к высоколегированным сталям аустенитного класса, т.к. только решетка гамма железа не магнитна. Эти стали применяются в электрических машинах взамен менее прочных и дорогих цветных металлов.Наиболее распространенные марки: ЭИ269 - углерода 0,5-0,6%, марганца - 4-5,5%, никеля 20%

Сплавы высокого электросопротивления: сплавы для реостатов. сплавы для нагревательных элементов. Они должны отличаться высоким электросопротивлением (низкой электропроводностью).

Медь и ее сплавы:

По электропроводности Си занимает 2 место после серебра и поэтому является одним из важнейших материалов для проводников По теплопроводности Си также уступает только серебру и ее широко используют в теплообменниках. Сплавы меди отличаются достаточной коррозионной стойкостью, высокими технологическими свойствами, имеют приятный цвет и полируются до сильного блеска. Медь и ее сплавы хорошо обрабатывается давлением, из них производят все виды полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением: плиты, листы, ленту, фольгу, поковки, штамповки, трубы, профили, проволоку. Медь и ее сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки, легко поддаются пайке. К недостаткам меди можно отнести ее высокую плотность, склонность к окислению при повышенной температуре, ее высокую стоимость и дефицитность.

Свойства меди:

Тпл.=1083° Тип решетки –ГЦК плотность -8,95 г/смз Т кипения 2360°

Чистейшая медь обладает небольшой прочностью и высокой пластичностью.

Влияние примесей на свойства меди:

Присутствующие в меди примеси существенно влияют на ее свойства. По характеру взаимодействия примесей с медью их можно разделить на следующие группы:

Примеси, образующие с медью твердые растворы. Это никель, цинк, сурьма, олово, алюминий, фосфор и др. Они улучшают механические свойства, но резко снижают (особенно сурьма и фосфор) электро и теплопроводность.

Примеси практически не растворимые в меди: это свинец, висмут, и др. и образующие легкоплавкие эвтектики. На электропроводность они не оказывают большого влияния, а влияют на механические и технологические свойства. (Висмут - хладноломкость, свинец-горячеломкость)

Примеси, образующие с медью хрупкие химические соединения - это кислород, сера, располагающиеся по границам зерен На электропроводность они не влияют. Сера улучшает обрабатываемость резанием.

 

 

Сплавы меди:

Различают две основные группы медных сплавов: ЛАТУНИ - сплавы меди и цинка и БРОНЗЫ -сплавы меди с другими элементами, в числе которых, но только наряду с другими может быть и цинк. Сплавы меди маркируются следующим образом: Латуни - буквой Л и цифра, указывающая содержанием в ней меди. Например, Л96,Л80,Л59, остальное - цинк. Бронзы - Бр- бронзы, а далее элемент: олово - 0, свинец -С, алюминий -А, бериллий -Б, марганец -Мц, кремний -К, железо - Ж, никель -Н, фосфор -Ф, а далее цифра, показывающая процент этого элемента.

ЛАТУНИ:

Механическая прочность латуней выше, чем у меди, они хорошо обрабатываются резанием, большое их преимущество - пониженная стоимость, т.к. цинк дешевле меди.

Al Ni Fe вводят в латунь для улучшения ее механических свойств

Sn Mn вводят в латунь для повышения коррозионной стойкости

Pb - для улучшения обработки резанием

По технологическому признаку латуни могут быть:

-литейные (для фасонных отливок, их поставляют в виде чушек)-деформированные (их поставляют в виде прутков, проволоки, труб, листов)

Бронзы:

Современные оловянные бронзы значительно тверже меди, они хорошо заполняют форму при литье и обрабатываются резанием, отличаются высокой коррозионной стойкостью. Бронзу используют при изготовлении арматуры газовых и водопроводных линий в химическом машиностроении и др. отраслях

Малый коэффициент трения и устойчивость к износу делает их незаменимыми при изготовлении вкладышей подшипников скольжения, червячных колес, шестерен ответственных деталей машин и приборов.

Маркируют бронзы буквами Бр и цифрой, показывающей процент олова. Например, БрО10, БрО6

Бронза марки Бр010 имеет sв = 200Мпа d =10%

Обработке давлением можно подвергать бронзы, содержащие не более 5-6 % олова. Они проходят рекристаллизационный отжиг (600-650оС) для придания готовым полуфабрикатам (листам, лентам) требуемых свойств.

Оловянные бронзы имеют прекрасные литейные свойства, очень жидкотекучи - это прекрасный литейный материал. Из нее изготавливают всевозможные вентили и др. детали. Она хорошо сопротивляется коррозии. Но имеет два но!!!

Если ее медленно охлаждать, то растворимость ее пойдет по пунктиру, т.е. твердый раствор будет распадаться с выделением химического соединения. Поэтому бронзы нужно отливать в кокиль или применять центробежное литье. Олово - это дорогостоящий материал и дефицитный.

Бр03Ц7С5Н3- втулки, подшипники, арматура в морской воде

Бр05Ц5С5 втулки, подшипники

Бр04Ц3- токоведущие контакты, пружины

Алюминиевые бронзы

Содержат до 10% алюминия, представляют собой - твердый раствор алюминия в меди и являются однофазными структурами.

алюминиевые бронзы, содержащие до 6-8% алюминия обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии

Бронзы, содержащие 8-10 % алюминия обрабатываются давлением только при высоких температурах, они обладают лучшими литейными свойствами и их применяют для фасонного литья.

Они устойчивы против коррозии.

БрА9Ж4 - Ϭ=550 Мпа δ = 15% фасонное литье

БрАЖ9-4 Ϭ=850Мпа δ =5% прутки поковки

БрА5 -мелкая разменная монета

Данные бронзы обладают высокими механическими свойствами. повышенной жаропрочностью и антикоррозионной стойкостью. По сопротивлению коррозии они в 12 раз устойчивее оловянных бронз. в 2-3 раза - нержавеющих сталей БрАЖМц10-3-1.5 -детали химической аппаратуры

Кремнистые бронзы

Кремнистые бронзы превосходят оловянистые по механическим свойствам. они являются более дешевыми. устойчивы против коррозии. обладают высокой пластичностью.

Содержание кремния в них до 3 %.

БрК3Мц1 -ленты. проволока, пружины. сварные резервуары в пищевой промышленности

После прокатки и отжига имеют sв = 380 Мпа d = 45%

Бериллиевые бронзы

Они содержат 2-2.5 % бериллия. Из всех известных бронз они обладают наилучшим комплексом свойств. Хорошо свариваются, обрабатываются давлением. в них удачно сочетаются - электропроводность, коррозионная стойкость, упругость, прочность.

Из нее изготавливают особо ответственные детали - сильфоны, мембраны, пружины, пружинистые контакты (при работе не дают искр), детали электронной техники

Бериллиевые бронзы подвергают термической обработке - закалке и старению. В результате термообработке значительно улучшаются механические свойства.

При закалке фиксируется пересыщенный альфа раствор. При старении (отпуске) упрочняющие частицы.

После закалки - (760-780°) sв =500 Мпа d =45%

После старения -(300-350°) sв =1300Мпа d =1,5

Свинцовые бронзы

Содержат до 30 % свинца. Свинец и медь не растворимы друг в друге, поэтому структура - твердая медь и мягкий свинец- обеспечивают хорошие антифрикционные свойства

применяются для изготовления вкладышей подшипников

* БрС30 sв=60Мпа d = 40%

 

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Итак, перечислим основные достоинства пластмасс:

малая плотность (в большинстве 1 - 1,5 г/смз у пенопластов - 0,015),высокая устойчивость к атмосферным воздействиям и агрессивным средам - высокая коррозионная стойкость, хорошие диэлектрические и электро и теплоизоляционные свойства, свето и – радиопрозрачность, высокая морозостойкость, в большинстве низкий коэффициент трения, простота изготовления сложных и сложноармированных изделий (обычно литьем под давлением или прессованием с минимальной последующей обработкой.

Преимущества пластмасс обеспечили им применение в машиностроении и это не смотря на некоторые их недостатки:

низкая теплостойкость (порядка 100°С)малая жесткость низкая механическая прочность, хрупкость склонность к старению.

ПЛАСТМАССАМИ - называются искусственно изготавливаемые материалы, состоящие в основном или полностью из высокомолекулярных соединений (полимеров) и обладающие при определенных условиях (температура, давление) пластичностью, что дает возможность формировать из них изделия.

В состав пластмасс входят: Связующие вещества (полимеры) наполнители пластификаторы красители специальные добавки

Полимерами называются вещества с большой молекулярной массой, у которых молекулы состоят из одинаковых групп атомов-звеньев. Полимеры встречаются в природе - это натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, графит. Однако ведущей группой являются синтетические полимеры, получаемые в процессе химического синтеза из низкомолекулярных соединений.

Все полимеры по отношению к нагреву подразделяются на две группы: Термопластичные полимеры при нагревании размягчаются. даже плавятся, при охлаждении - затвердевают: этот процесс обратим., т.е. никаких дальнейших химических превращений материал не претерпевает. Термореактивные полимеры на первой стадии при нагревании размягчаются, затем вследствие протекания химических реакций затвердевают и в дальнейшем остаются твердыми. примером их могут служить эпоксидные и др. смолы.

 

Формирование структуры литых металлов

Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: Твердом, Жидком Газообразном

Переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией.

Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно – самопроизвольная кристаллизация. Или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации – несамопроизвольная кристаллизация.Самопроизвольная кристаллизация обусловлена стремлением вещества иметь более устойчивое состояние, характеризуемое уменьшением свободной энергии или термодинамического потенциала. Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации. Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения.

Процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое можно изобразить графически в координатах температура – время по так называемым кривым охлаждения. Процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов: зарождения мельчайших зародышей или центров кристаллизации; роста кристаллов из этих центров.

Строение металлического слитка. Слиток состоит из трех зон: мелкокристаллическая корковая зона; зона столбчатых кристаллов; внутренняя зона крупных равноосных кристаллов.

Правило фаз – это закон, выражающий соотношение между числом фаз Ф, числом компонентов К, внешних переменных В и числом степеней свободы для равновесной температуры. ФАЗА – это однородная часть системы, ограниченная от другой части системы поверхностью раздела при переходе через которую свойства изменяются скачкообразно. КОМПОНЕНТАМИ системы называют химические соединения или элементы, из которых может быть образована любая система. Это может быть один металл или элементы сплава. ЧИСЛОМ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ – или ВАРИАНТНОСТЬЮ СИСТЕМЫ называют количество факторов (концентрация, температура, давление), которые можно произвольно изменять без изменения числа фаз системы.

 

Математически выражение правила фаз имеет вид: С = К - Ф + 1, где К – количество компонентов, образующих систему Ф- число фаз в системе В – число внешних переменных. Если С =0, то такое равновесие называется НОНВАРИАНТНЫМ. При нонвариантном равновесии сплав из данного числа фаз может существовать только в совершенно определенных условиях - при постоянной температуре. На кривой охлаждения – площадка. Если С = 1, то система называется МОНОВАРИАНТНОЙ, система находится не в равновесии, следовательно, температура меняется – на кривой перегиб