Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью

Е.Н. Чернова

Материаловедение, технология

Конструкционных

Материалов

Курс лекций

«Материаловедение,

технология конструкционных материалов»

Владивосток

Федеральное агенство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ДВГУ)

Институт химии и прикладной экологии

Факультет прикладной экологии и безопасности жизнедеятельности

Кафедра прикладной экологии и менеджмента

Е.Н. Чернова

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Курс лекций

«Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Владивосток

ББК

Ч

Издание подготовлено в рамках реализации

Инновационной образовательной программы ДВГУ

и Приоритетного национального проекта «Образование»

Рецензент

М.С. Васильева, доцент кафедры физической

и коллоидной химии ИХПЭ ДВГУ

Чернова Е.Н.

Ч Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебное

пособие / Е.Н. Чернова. – Владивосток: Изд-во Дальневост. Ун-та, 2009. – 100 с.

ISBN

Учебное пособие, подготовленное в соответствие с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 280201.65 «Охрана окружающей среды» и 251800 «Основные процессы химических производств и химической кибернетики» дает представление о структуре и свойствах металлов, об основных технологических процессах получения металлических сплавов с новым, более высоким уровнем эксплуатационных свойств, о процессах, происходящих в сплавах при их эксплуатации в условиях агрессивной среды (водной, газо-воздушной, при высоких и низких температурах) и о том, как следует выбирать материалы для того, чтобы работа машин и механизмов, эксплуатация строительных конструкций и трубопроводов происходила безаварийно, а следовательно - безопасно для человека и окружающей среды.

Ч ББК

ISBN

Чернова Е.Н. 2010-12-01

ИХПЭ ДВГУ, 2010

Содержание

Глава 1. Строение и свойства материалов…………………….…..….7

1.1. Кристаллические и аморфные тела…………………………………………..….7

1.2. Элементы кристаллографии………………………………………………..……..7

1.2.1. Кристаллическая решетка

Кристаллографические индексы

Анизотропия

1.3. Влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов………….…....11

Взаимодействие частиц в кристаллах

1.3.2. Молекулярные кристаллы

1.3.3. Ковалентные кристаллы

1.3.4. Металлические кристаллы

1.3.5. Ионные кристаллы

Глава 2. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ СПЛАВОВ…………………………………… ....18

2.1. Твердые растворы……………………………………………………………………...18

2.1.1. Твердые растворы замещения

2.1.2. Твердые растворы внедрения

2.2. Промежуточные фазы………………………………………………………………….20

2.2.1. Промежуточные фазы системы металл – неметалл

2.2.2. Промежуточные фазы системы металл-металл

Глава 3. Дефекты кристаллов………………………………………………...23

Точечные дефекты…………………………………………………………………...23

3.2. Линейные дефекты………………………………………………………………………23

3.3. Поверхностные дефекты……………………………………………………………….25

Глава 4. Свойства материаЛов……………………………………………..27

4.1. Критерии выбора материала…………………………………………………………..27

4.2. Механические свойства материалов………………………………………………….27

4.2.1. Механические свойства, определяемые при статических нагрузках

4.2.1.1. Испытание на растяжение (ГОСТ 1497-84)

4.2.1.2. Испытания на изгиб

4.2.1.3. Испытания на твердость

4.2.1.4. Испытания на динамические нагрузки

4.2.2. Механические свойства, определяемые

при переменных (циклических) нагрузках

4.3. Физические свойства материалов…………………………………………………..33

Глава 5. Формирование структуры литых материалов..………..37

5.1. Самопроизвольная кристаллизация……………………………………………..37

5.2. Несамопроизвольная кристаллизация………………………………………………39

5.3. Форма кристаллов и строение слитков……………………………………………40

5.4. Получение монокристаллов……………………………………………………………41

5.5. Аморфные металлы………………………………………………………………..…..42

5.6. Нанокристаллические материалы……………………………………………….…43

Глава 6. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

НА РАВНОВЕСНУЮ СТРУКТУРУ СПЛАВОВ………………………………...45

6.1. Метод построения диаграмм состояния………………………………………….45

6.2. Диаграммы состояния сплавов, компоненты

которых полностью растворимы в жидком и твёрдом состоянии…………….47

6.3. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых

ограниченно растворимы в твёрдом состоянии и образуют эвтектику………48

6.4. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которой ограниченно

растворимы в твёрдом состоянии и образуют перитектику…………………….49

6.5. Диаграмма состояния сплавов с полиморфным

превращением одного из компонентов………………………………………………….50

6.6. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями

компонентов и эвтектоидным превращением…………………………………….50

6.7. Физические и механические свойства сплавов

в равновесном состоянии………………………………………………………………51

6.8. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов……………………….51

6.8.1. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом

6.8.2. Превращения в сплавах железо-графит

6.8.3. Влияние легирующих элементов на

равновесную структуру сталей

6.8.4. Карбиды и нитриды в легированных сталях

Глава 7. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДЕФОРМИРОВАННЫХ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ…………………………………………………..……59

7.1. Механизм пластического деформирования……………………………………….59

7.2. Особенности деформирования монокристаллов………………………….……60

7.3. Деформирование поликристаллов……………………………………………….…61

7.4. Деформация двухфазных сплавов………………………………………………..…61

7.5. Свойства холоднодеформированных металлов…………………………….…..62

7.6. Возврат и рекристаллизация…………………………………………………….….62

Глава 8. ДИФФУЗИЯ В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ……………………..…….65

8.1. Вывод первого уравнения Фика на основе атомной диффузии……………..65

8.2. Механизмы диффузии в металлах и полимерах………………………………...67

Глава 9. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ……………………......68

9.1. Термическая обработка сплавов, не связанная с фазовыми

превращениями в твердом состоянии……………………………………………….…68

9.1.1. Нагрев для снятия остаточных напряжений

Рекристализационный отжиг

9.1.3. Диффузионный отжиг

Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью

компонентов в твердом состоянии…………………………………………………..….69

9.3. Термическая обработка сплавов

с переменной растворимостью и полиморфным превращением (стали)…….…71

9.3.1.Превращения при нагреве до аустенитного состояния

9.3.2. Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения

9.3.2.1. Перлитное превращение аустенита

9.3.2.2. Мартенситное превращение аустенита

9.3.2.3. Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита

9.4. Технология термической обработки стали…………………………………..….75

9.4.1. Отжиг сталей

9.4.2. Нормализация сталей

9.4.3. Особенности закалки сталей

9.4.4. Отпуск закаленных сталей

9.4.5. Свойства отпущенной стали

Глава 10. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ…………….78

10.1. Диффузионное насыщение стальных деталей

углеродом и азотом…………………………………………………………………………..78

10.2. Диффузионное насыщение деталей металлами и неметаллами……………79

Глава 11. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ………………………….......80

11.1. Общие требования…………………………………………………………………….80

11.2. Конструкционная прочность материала и методы ее оценки……………..80

11.3. Методы повышения конструкционной прочности…………………………….82

11.4. Классификация конструкционных материалов…………………………………82

11.5. Классификация конструкционных сталей………………………………………..82

11.5.1. Углеродистые стали

11.5.2. Легированные стали

11.6. Износостойкие материалы…………………………………………………………..82

11.7. Материалы, устойчивые к действию температур и рабочей среды……..84

11.7.1. Жаропрочные материалы

11.7.1.1. Основные группы жаропрочных материалов

11.7.2. Коррозионностойкие нержавеющие и жаростойкие стали и сплавы

11.8. Инструментальные материалы.………………………………………………….88

11.9. Штамповочные стали……………………………………………………………….89

ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ…..……………………………………………..91

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………………...99