На головну

НАВЧАЛЬНІ ПОСІБНИКИ 4 сторінка

  1.  1 сторінка
  2.  1 сторінка
  3.  1 сторінка
  4.  1 сторінка
  5.  1 сторінка
  6.  1 сторінка
  7.  1 сторінка

Ливарні титанові сплави застосовуються для виробництва виливків. Склад цих сплавів аналогічний деформується сплавів, але міцність їх нижче на 100-200МПа, а пластичність коливається в межах 4-10%, що істотно нижче. Позначаються ливарнісплави буквами ВТ іпорядковим номером, після якого ставиться знак Л. Розроблено 8 марок ливарних титанових сплавів: ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л, ВТ20Л, ВТ3-1Л, ВТ9Л, ВТ21Л.

Контрольні питання

1. Що таке сталь, чавун?

2. На які групи діляться стали за складом і призначенням?

3. Які показники характеризують якість стали?

4. Що таке розкислення стали, які елементи є раскислителями?

5. Які елементи забезпечують хорошу оброблюваність різанням?

6. Які стали є автоматними?

7. Маркування шарикопідшипникової і швидкорізальної сталі.

8. Як відрізняються по марці леговані конструкційні стали від легованих інструментальних?

9. Основна складова твердих сплавів, зв'язка. Маркування твердих сплавів.

2. ТЕРМІЧНИЙ АНАЛІЗ СПЛАВОВ, ПОБУДОВА І АНАЛІЗ ДІАГРАМ СТАНУ

2.1. СТРУКТУРНІ СКЛАДОВІ СИСТЕМИ.

Діаграма стану або діаграма рівноваги - графічне зображення рівноважних станів сплаву у вигляді точок в nвимірному просторі, по осях координат якого відкладені n незалежних параметрів стану розглянутого сплаву.

Параметр стану - фізична величина, що служить в термодинаміки для характеристики стану даної системи, наприклад, тиск, температура, концентрація елементів і т.д.

У даній роботі будуть розглядатися діаграми стану в координатах: концентрація компонентів - температура.

Компонентами називаються найпростіші речовини, які визначають склад сплаву, і концентрація яких є незалежною від інших параметрів.

Чистий метал представляє собою однокомпонентну систему, сплави з двох компонентів - двокомпонентну і т.д.

Однорідна частина неоднорідної системи, що має межі розділу з іншими частинами системи і взаємодіє з ними, називається фазою. Фазами можуть бути самі компоненти, їх хімічні сполуки, рідкі та тверді розчини.

Хімічна сполука - хімічно індивідуальна речовина, в якому атоми одного (як, наприклад, Про2) Або різних (як, наприклад КСl) елементів з'єднані між собою тим чи іншим видом хімічного зв'язку. Хімічна сполука описується певною хімічною формулою, утворює кристалічну решітку, яка відрізняється від кристалічних решіток елементів утворюють ця хімічна сполука.

Тверді розчини - однорідні кристалічні речовини, що складаються з двох або більшої кількості компонентів і зберігають однорідність при зміні співвідношень між компонентами в певному інтервалі концентрацій. У твердих розчинах атоми одного або декількох компонентів знаходяться в кристалічній решітці одного з компонентів, який називається розчинником.

Розрізняють тверді розчини заміщення, впровадження, віднімання. У твердих розчинах заміщення, утворених двома або кількома металами (наприклад, міддю і нікелем), атоми одного металу (Ni) розміщуються в вузлах кристалічної решітки іншого (Cu) замість атомів Сu. У твердих розчинах впровадження атоми неметалла (зазвичай) розташовуються в проміжках між атомами металу, які знаходяться у вузлах кристалічної решітки. Тверді розчини віднімання утворюються тільки на основі хімічних сполук. При розчиненні компонента А в хімічній сполуці А и В, Частина вузлів решітки, що належать компоненту В, Робиться вакантної (віднімається з решітки).

Тверді розчини позначаються грецькими буквами: a, b, g, d і т.д.

У сплавах є структурні складові: евтектика і евтектоід.

Евтектика - тонка суміш кристалів різних компонентів або фаз, одночасно закристалізуватися з рідини певного (евтектичного) складу при температурі нижче температури плавлення окремих компонентів.

Евтектоід - аналогічна евтектиці структурна складова металевих сплавів, але на відміну від неї утворюється не з рідкої, а з твердої фази.

2.2. Побудова діаграм СТАНУ

Сутність термічного методу побудови діаграми стану зводиться до визначення критичних температур при нагріванні або охолодженні металів і сплавів. Критичними називаються температури, при яких відбуваються фазові перетворення в сплаві (початок і кінець кристалізації, поліморфні перетворення і інші).

У процесі охолодження сплаву (рис.1.) Спочатку швидкість охолодження велика, потім вона зменшується, тому що відбувається кристалізація однієї з фаз, при якій виділяється певна кількість тепла. при кристалізації

евтектики відбувається зупинка охолодження (майданчик на кривій охолодження), так як виділяється тепло, в зв'язку з кристалізацією двох і більше фаз одночасно, повністю компенсує тепловідвід.

При охолодженні сплавів з різним вмістом компонентів отримують ряд кривих, що зображують хід процесу охолодження сплаву.

Для двокомпонентних систем при побудові діаграм по осі ординат відкладається температура, по осі абсцис - концентрація елементів в сплаві (рис.2).

Загальний вміст компонентів в сплаві 100 %, і тому кожній точці на діаграмі відповідає певний зміст компонентів.

Критичні температури початку і кінця кристалізації, отримані при охолодженні сплавів, переносяться на координатні осі "температура-концентрація". Потім плавними лініями з'єднуються точки початку і кінця кристалізації сплавів. При наявності евтектики в сплаві точки кінця кристалізації сплавів розташовуються на одній прямій при температурі кристалізації евтектики (рис.2.4).

 Сплави на, діаграмі стану, що розташовуються до точки евтектики (зліва направо), називаються доевтектичний, відповідні точці евтектики - евтектичними, розташовані за точкою евтектики - заевтектичних. Структура цих сплавів на прикладі системи Zn-Snпоказана на рис.2.3.

Мал. 2.3. Схематичне зображення структури системи олово-цинк:

2.3. АНАЛІЗ ДІАГРАМ СТАНУ

За діаграмою стану можна визначити критичні точки сплаву при нагріванні і охолодженні і встановити його структуру, вибрати сплав, що володіє найкращими ливарними властивостями, правильно призначити режим термічної обробки.

Діаграма стану сплавів, компоненти якої необмежено розчинні в рідкому стані, нерозчинні в твердому і при кристалізації утворюють евтектику (рис. 4):

АЕС - ликвидус, початок кристалізації сплавів.

ВЕF - солидус, кінець кристалізації сплавів; на цій лінії відбувається одночасна евтектична кристалізація компонентів А і В при постійній температурі. Лінія називається евтектичною.

АЕ - початок кристалізації компонента А.

ЄС - початок кристалізації компонента В.

Точка Е називається евтектичною, в ній відбувається одночасним
 менная кристалізація компонентів при найнижчій і постійної
 температурі.

Кристалізація і структуроутворення сплавів

Сплав I - доевтектичний. Критична точка I - початок кристалізації компонента А, дві фази: рідина і зародки зерен компонента А.

Критична точка 2 кристалізація евтектики, тобто із решти до цієї температурі рідини одночасно крісталлізуютсякомпоненти А і В:

На кривій охолодження утворюється майданчик 2-2. Структура сплавапосле охолодження складається з зерен компонента А і евтектики.

У міру охолодження сплаву між точками I і 2 рідина змінює свою концентрацію по лінії AЕ. Щоб визначити склад твердої і рідкої фаз при заданій температурі t1 сплаву I (рис.4), необхідно через точку t1провести Коноді, тобто пряму лінію, паралельну осі концентрації, до перетину з лініями діаграми і точки перетину спроектувати на вісь концентрації. Точка перетину l c лінією ликвидус покаже концентрацію компонентів А і В у рідкій фазі, точка S - У твердій (чистий компонент А).

Мал. 2.4. Діаграма стану сплавів, компоненти якої необмежено розчинні в рідкому стані, нерозчинні в твердому і при кристалізації утворюють суміш (евтектики)

Мал. 2.6. Діаграма стану сплавів, компоненти якої необмежено розчинні один в одному в рідкому і твердому станах

Мал. 2.7. Діаграма стану сплавів, компоненти якої

необмежено розчинні в рідкому стані, обмежено в твердому і при кристалізації утворюють суміш (евтектики)

Співвідношення мас фаз при заданій температурі можна визначити за правилом відрізків.

 (1) (2) (3)

Правило відрізків. Маси фаз відносяться між собою як зворотна пропорція відрізків Коноді. Наприклад, при температурі t1 сплав I має 2 фази: рідку і тверду з кількістю мас Qж і Qтв, співвідношення фаз визначиться виразом (I), а кількість рідкої і твердої фаз - співвідношеннями (2) і (3):

де Р - загальна маса сплаву.

Сплав II - евтектичних. Критична точка Е - компоненти А і В кристалізуються одночасно при постійній температурі:

Присутні 3 фази: рідина евтектичного складу, компоненти А і В. На кривій охолодження утворюється майданчик 1-1.

Структура сплаву після охолодження складається з евтектики (суміші кристалів компонентів А і В).

Сплав III - заевтектичних. Критична точка - 1 початок кристалізації компонента В. Фази дві: рідина, кристали компонента В. У міру охолодження сплаву рідина змінює концентрацію по лінії ликвидус ЄС. Наприклад, при t2 склад рідини визначиться точкою n, спроектованої на вісь концентрацій, а склад твердої фази - проекцією точки m .

Критична точка 2 - кристалізація евтектики, тобто із решти до цієї температурі рідини при постійній температурі кристалізуються обидва компонента:

Структура сплаву після охолодження складається з зерен компонента В і евтектики.

Правило фаз Гіббса встановлює залежність між числами фаз системи, її компонентів і ступенів свободи:

 (4)

де С - Число ступенів свободи, або варіантність системи;

К - Число компонентів системи;

Ф - Число фаз, що знаходяться в рівновазі в даній критичній точці.

Під числом ступенів свободи розуміється число незалежних параметрів системи, які можна змінити, не змінюючи рівноваги, наприклад, температуру без зміни числа фаз. Так як ступінь свободи не може бути менше нуля і дробовим числом, то

.

Отже, в подвійній системі в рівновазі може перебувати не більше трьох фаз, в потрійний - не більше чотирьох і т.д.

Наприклад, визначимо число ступенів свободи у сплаву I в 1-й критичної точки (рис.4):

тобто зі зміною температури між точками 1-2 число фаз не змінюється, а відбувається перехід однієї фази (рідини) в іншу (компонент А). У другій точці

тобто процес кристалізації евтектики йде при постійній температурі, система нонваріантна. Зміна температури веде до зміни кількості фаз.

Діаграма стану сплавів, компоненти якої розчинні
 в рідкому стані, нерозчинні в твердому і при кристалізації
 утворюють стійке хімічна сполука (рис.2.5) ..

Діаграма розглядається як сукупність двох діаграм стану, де в ролі компонента виступає хімічна сполука:

I частина діаграми - компоненти А і АтВn ;

II частина діаграми - компоненти В і АтВn ;

Обидві частини діаграми характеризуються необмеженою розчинністю в рідкому стані. У твердому вони нерозчинні, при кристалізації утворюється евтектичних суміш, що складається з кристалів компонента і хімічної сполуки.

'Діаграма станів сплавів, компоненти якої необмежений' але розчинні один в одному в рідкому і твердому станах (рис.2.6):

АNВ - Ликвидус, початок кристалізації твердого розчину;

АТВ - Солидус, кінець кристалізації твердого розчину.

 




 НАВЧАЛЬНІ ПОСІБНИКИ 1 сторінка |  НАВЧАЛЬНІ ПОСІБНИКИ 2 сторінка |  Значення коефіцієнтів «k» для різних матеріалів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати