Големина на текста:
1. ПРЕДМЕТ НА
МАТЕРИАЛОЗНАНИЕТО.
СВОЙСТВА НА АТЕРИАЛИТЕ.
КЛАСИФИКАЦИЯ.
Материалознанието е наука за
изучаване на връзката между
строежа от една страна и
свойствата на материалите от
друга страна
Съставът на материалите бива
химически и фазов.
-химически състав - определя
се от вида и броя на
химическите елементи;
-фазов състав - определя се от
вида и броя на еднородните
(хомогенни) части,
участвуващи в изграждането
на целия обем на материала ;
Химическият състав е
постоянен, докато фазовият
състав може да се променя с
изменение на външните
фактори и вида на
въздействието на
материалите.
Строежът на материалите се
описва със състава и
структурата им, а свойствата –
със способността им да
запазват качествата си от
измененито на външните
въздействия върху тях в
определени граници.
Структурата на материалите се
определя от вида на
взаимодействие между
отделните химически елементи
и от формата големината и
разположението в обема на
отделните еднородни части
(фази). Структурата бива:
макроструктура;
микроструктура и
субструктура (вж.т.....)
§Механични свойства - Е,G,
HB,R
m
, R
e
,
,
KCV, A%, z% ,
износоустойчивост, пълзене ,
остатъчни напрежения и др.
§Термични свойства - Т
s
,
T
eкспл.
,a, Т
аморф.
§Електрични и магнитни
характеристики - R, r, m, k , I
намагн.
§Физични свойства - r, А,
кристална решетка, дефекти
§Екологични характеристики
-възпламеняемост, корозионна
устойчивост, разтворимост и
др.
§Рециклируемост - икономично
използуване на ресурсите
КЛАСИФИКАЦИЯ НА
МАТЕРИАЛИТЕ
ЕСТЕСТВЕНИ (ПРИРОДНИ)
МАТЕРИАЛИ: КОЖА, ВЪЛНА,
КАМЪК, ДЪРВО, ПАМУК,
КАУЧУК, КОРК, РАКОВИНИ И
МИДИ И ДР. МЕТАЛИ И
МЕТАЛНИ СПЛАВИ,
ПЛАСТМАСИ И ПОЛИМЕРИ,
КЕРАМИКА И
МЕТАЛОКЕРАМИКА,
КОМПОЗИТИ - СМЕС ОТ
ГОРНИТЕ ВИДОВЕ
МАТЕРИАЛИ
2. АГРЕГАТНИ
СЪСТОЯНИЯ.ПОНЯТИЕ ЗА
БЛИЗЪК И ДАЛЕЧЕН
ПОРЯДЪК.КРИСТАЛНА
СТРУКТУРА.МЕЖДУАТОМНИ
ВРЪЗКИ. ПОЛИМОРФНИ И
МАГНИТНИ ПРЕВРЪЩАНИЯ.
Връзките между атомите
биват: йонна, ковалентна,
метална и смесена. Пример:
кристалът на NaCl.Тази връзка
е от типа (+ - ).
СТРУКТУРЕН АНАЛИЗ -
Понятие за структура - Всяка
пространствена
микроструктура на която и да е
метална сплав или композиция
представлява един
конгломерат, състоящ се от
множество микроскопични
частици (кристалити),
запълващи определен обем от
пространството и здраво
свързани помежду си по
контактните си повърхности,
наречени граници. Тези
микроскопични частици се
наричат в структурния анализ
структурни единици. Те могат
да бъдат метални или
неметални в зависимост от
техния химически състав, а
също така и газови
неплътности (пори, пукнатини).
Структурни единици с еднакъв
състав, структура и свойства
се наричат фази. Те могат да
бъдат кристалити на чисти
метали, твърди разтвори,
интерметални съединения,
съединения на метали с
неметали (карбиди, нитриди,
бориди, окиси) и др.
Структурният анализ изисква
трансформиране на реалната
тримерна в двумерна
структура, която се наблюдава,
документира и анализира с
помоща на металографския
инструментариум. Основната
задача на количествената
(стереометрическата)
металография се свежда до
разкриване на функционалните
връзки между геометричните
параметри на двумерната
структура и на реалната
тримерна структура, която е
невъзможно пряко да се
наблюдава.
•според формата на зърната-
полиедрични, дендритни,
иглести, пластинчати и др.
• според броя на фазите-
хомогенни (монофазни) и
хетерогенни (многофазни)
• според равноосието –
изомерни (равноосни) и
неизомерни (ориентирани)
• според разсейването
(разпределението) на
размерите–еднородни и
нееднородни
• според разпределението на
фазите – матрични,
евтектични, модулни
3. ДЕФЕКТИ В КРИСТАЛНИЯ
СТРОЕЖ. Отклоненията от
изграждането на далечния
порядък в атомното
подреждане се наричат
кристални дефекти.
Точкови (“0”-мерни)....бр./мм
3
;
Линейни (“1”-
мерни)...мм/мм
3
(бр./мм
2
);
Повърхностни (“2”-
мерни)..мм
2
/мм
3
(мм/мм
2
);
Обемни (“2”-
мерни)...мм
3
/мм
3
(мм
2
/мм
2
);
4. ДИФУЗИЯ В ТВЪРДО ТЯЛО
– КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМИ.
Що е дифузия?- В най-общия
случай дифузията се изразява
с насоченото движение на
атоми на даден елемент. В
резултат на това насочено
движение се получава масов
пренос в обема на материала,
който води до промяна на
химическия и фазовия състав
и в крайна сметка до
значителни изменения в
структурата и свойствата на
материала. В случаите, когато
еднородни атоми се движат в
собствената си кристална
решетка, дифузията се нарича
самодифузия
(рекристализация,
повърхностна дифузия,
нарастване), а когато в дадена
кристална решетка се движат
чужди атоми, тогава процесът
се нарича просто дифузия.
Механизми на дифузия:
Обменен, Междувъзлов,
Ваканционен. Закони на
дифузия (закони на Фик)-
Първи закон
Втори закон-
5. НАПРЕЖЕНИЯ И
ДЕФОРМАЦИИ:
Схема: натоварване (F) =>
напрежение (R) =>
деформация (
?
)
Напрежениe - (R) е величина,
представляваща отношението
на приложеното натоварване
(F) към напречното сечение на
тялото (S) :
R = F /S [ MPa] 1 Ра = 1 N /
m
2
1 MPa = 10
6
Ра =
10
6
N / m
2
Деформация - процес, при
който се променя разстоянието
между някакви точки на тялото.
L = L - L
o
- линейно
удължение(девормация),
Относителна деформация : ?
= (L – L
o
)/ L
o
. 100%
Видове деформации:
:еластична (обратима);
пластична (необратима,
оставаща след премахване на
товара
Основен закон на
еластичността - Законът на
Хук: R = E . ?: Е - модул на
еластичност [MРa]
6.Механизми на пластична
деформация на моно- и
поликристал.
Геометрични свойства и
движения на дислокации:
Видове дислокации: линейни,
винтови и смесени.
Дислокацията е границата на
незавършеното плъзгане .
b - векторът на Бюргерс
Винтови дислокации: Схема на
образуване на винтова
дислокация АВ под действието
на деформиращото
напрежение ?.
Схема на движение на
винтова дислокация АВ под
действието на деформиращото
напрежение ?.
Съвременни представи за
пластичността на материалите
и механизма на пластичната
деформация. Ролята на
границите между зърната.
Метални сплави имат висока
якост и пластичност;
стоманите са и с относително
ниска цена (сравнете
свойствата им с керамиките,
полимерите, каучуците,
стъкла). Механизми на
пластичната деформация са
плъзгане и двойникуване.
Плъзгане – това е преместване
на едната част на кристала
спрямо другата, при което
кристалния строеж на двете
части остава непроменен.
Двойникуване - осъществява
се чрез плъзгане по
определени кристалографски
плоскости, но на разстояние ,
по-малко от едно цяло
междуатомно разстояние.
Ролята на дислокациите при
деформацция и при
разрушаване: те минимизират
изкривените обеми на
кристала, при което останалия
обем на материала остава в
състояние на правилен
кристален строеж.
Теоретичната якост - с няколко
порядъка е по-висока от
реалната якост на реалните
материали - защо???
Дислокациите в
поликристалните материали се
движат (плъзгат) в рамките на
всяко едно зърно и спират
около границите. Границите на
зърна са бариери за
движението на
дислокациите.Композицията е
вид материал ,съставен от две
съставни асти – матрица и
армиращ елемент
Високата пластичност на
металите е резултат на
свободно движение на
дислокациите.
Дребнозърнестите материали
Дребнозърнестите материали
имат по-ниска пластичност и
имат по-ниска пластичност и
по-висока якост.
по-висока якост.
Пластична деформация :
издребняване на зърната
размножаване на
дислокациите , увеличаване
на плътността на
дислокациите.Колкото е по-
висока плътността на
дислокациите, толкова по-
трудно те се движат (всяка
дислокация е бариера за
движение на останалите
дислокации),Това е причината
за ниската пластичност на
студено деформираните
метали и по-високата им якост.
7. ЯКОСТ, ПЛАСТИЧНОСТ,
КРЕХКОСТ,РАЗРУШАВАНЕ.
МЕХАНИЧНИ МЕТОДИ НА
ИЗПИТВАНЕ.
Якост - съпротивление на
материала срещу пластична
деформация ( R
e
).
Пластичност на материала –
способността за значителна
остатъчна деформация.
Променя се формата, но не се
променя обема. Описва се
чрез А%
Крехкост - неспособност на
материала за пластична
деформация, поради което
настъпва бързо и внезапно
разрушаване - А=0%!!
Жилавост - свойство на
материала да се разрушава
със значителна енергия за
разрушаване . Описва се чрез
КCU(KCV). Якост на опън R
m
съпротивление на материала
срещу разрушаване
На базата на дислокационните
представи могат да се
направят следните обобщения
и да се дефинират основните
понятия за механични
свойствата на материалите:
Якост - съпротивление на
материала срещу пластична
деформация, т.е. срещу
началото на движението на
дислокациите - Якост
представлява границата на
провлачане (R
e
)
Пластичност на материалите –
свободно движение на
дислокации.
По-пластични са:
сплавите със СЦК (по -голем
брой системи на плъзгане),
едрозърнести метални сплави
и чисти метали. Крехкост (R
m
? R
e
) - неспособност на
материала да развие
пластична деформация ,
поради което настъпва бързо
и внезапно разрушаване.
Якост на опън –
съпротивление на
материалите срещу
разрушаване.Дефекти в
кристалния строеж като
основен фактор на якостта на
материалите. Видове
дефекти:точкови, линейни,
повърхностни и обемни.
Изпитване на механичните
свойства на материалите:
Механични характеристики
зависят от:
вида на материала,
изпитваното пробното тяло,
условия на изпитването.
Видове м еханичните
изпитвания: статични,
динамични, знакопроменливи;
опън, натиск, огъване, умора,
пълзене, ударна жилавост,
измерване на твърдост и др.
Якостни характеристики при
изпитване на опън-Граница на
провлачане :
Re= Fe /So
Якост на опън :
Rm = Fm /So
Относително удължение,
А = D L / Lo = (Lu - L 0 ) / L о *
100%
Относително свиване,
Z = (S o - S u ) / So * 100%
8. Наклеп, възврат и
рекристализация. Гореща и
студена пластична
деформация
ОСОБЕНОСТИ НА
УЯКЧЕНИТЕ СТРУКТУРИ:
Деформационни ивици, които
са успоредно разположени в
зърното и предимно са
ориентирани по наппавление
на деформацията. Тези ивици
разграничават отделни
участъци на зърното, които са
разориентирани на големи
ъгли. Ширината на тези ивици
може да достигне до няколко
десетки микрона. Те се
появявят в кристалите при
малки степени на деформация
и се сгъстяват с нарастване на
деформацията. Анализирайки
строежа на тези ивици се
установява, че те се състоят от
множество успоредно
ориентирани плоскости
получени от многократното
движение на дислокациите и
излизането им от зърното. В
мястото на пресичане на
деформационните ивици с
границите на зърната
последните се изкривяват.
Някой от деформационните
ивици при големи степени на
деформация могат да се
превърнат в реални граници.
При многофазните структури
по деформационните ивици се
разполагат пластичните фази,
зърната на които силно се
изтеглят по направление на
деформацията. Например
сулфидите и някой окиси в
Obj100
стоманите;Преходни полоси -
разполагат се между
деформационните ивици и са
с фрагментирана структура.
Независимо, че са зони от
едно зърно, те могат да бъдат
разориентирани помежду си на
големи ъгли. Ъгълът на
разориентация нараства с
нарастване на степента на
деформация. Фрагментите във
всяка преходна полоса са с
определени размери, които
също са в зависимост но
обратно пропорционална от
степента на деформация. В
отделните фрагменти на тези
полоси при по-големи степени
на деформация се наблюдават
множество микро
деформационни ивици, които
при развитие на пластичната
деформация прерастват в
деформационни ивици,
пресичащи цялото
зърно;Линии на плъзгане-
появяват се при големи
степени на пластична
деформация, ориентирани са
на определен ъгъл (30-450)
спрямо направлението на
деформация. Те се разполагат
в по-големи обеми, като
пресичат множество зърна. В
тях се локализира голяма част
от пластичната деформация,
поради което структурата е
силно нарушена. Те се състоят
от множество микрополоси на
плъзгане, разделени с
нискоъглови дислокационни
граници. С линиите на
плъзгане се обезпечава едно
равномерно деформиране в
целия натоварен обем на
материала, като появата им
свидетелствува за
текстуриране на материала.
ВЪЗВРАТ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Възвратът е термично
активируем процес, който
протича при нагряване на
уякчени (наклепани)
материали.
Той е свързан със
субструктурни промени,
изразяващи се в намаляване
на плътността на дефектите
на кристалите получени от
пластичната деформация.
ВИДОВЕ:
- възврат от I род
(отмора);
- възврат от II род
(полигонизация).
Отмората е свързана с
протичането на първите
субструктурни промени в
кристалите в процеса на
нагряване
на уякчени материали. Те са
трудно забележими, т.к. са на
ниво елементарна клетка, т.е.
изразяват се в
намаляване на плътността на
точковите дефекти (ваканции и
внедрени атоми). Това става
най-вече чрез
анихилацията им. Отмората
се отразява най-вече върху
физико-химичните свойства.
Полигонизацията протича след
отмората, при по-високи
температури. Топлинното
движение на атомите е по-
активно, поради което
дифузионната им подвижност
е по-високо. Наблюдава се
промяна в дислокационната
субструктура-разнозначните
дислокации анихилира, а
еднозначните се подреждат в
граници. Така зърната се
фрагментират
(полигонизират).
Полигонизацията обуславя
промяна на механичните
свойства.
РЕКРИСТАЛИЗАЦИЯ:
Рекристализацията
е самодифзионен процес ,
протичащ в, протичащ при
нагряване над определена
критична температура на
предварително уякчени
материали.Следователно този
процес е тясно свързан с
механическото уякчаване
(наклепа), което се получава
след студена пластична
деформация на пластичните
метални материали. Като
термически активируема
процес рекристализацията
кинетически се определя
основно от температурата.
Протичащите структурни и
субструктурни промени имат
различен характер при
различни температури. До
определена температура за
дадената сплав се извършват
само вътрешно кристални
субструктурни промени, а над
нея те придобиват структурен
характер, свързан с цялосно
изменение на структурата без
да се променя фазовия състав
на сплавта. Тази температура
се нарича температура на
рекристализация. Тя зависи от
редица фактори, но е
пропорционално свързана с
температурата на топене за
съответната сплав. За чистите
метали тя е около 30 % от
температурата на топене (по
абсолютната сксла). За
сплавите това съотношение
може да бъде и по-голямо (до
40%). Процесите , които
протичат до температурата на
рекристализация се наричат
дорекристализационни, а
процесите над нея –
рекристализационни.
Рекристализцията бива:
първична, събирателна и
вторична.
9.УМОРА,
ПЪЛЗЕНЕ,ФРАКТОГРАФИЯ
Умора на металите –
постепенно натрупване на
повреждания при променливи
напрежения, довеждащи до
внезапно крехко разрушаване.
Граница на умора – това е
максималното напрежение ,
при което материалът може да
издържи неограничено число
цикли без разрушаване.
Разрушаването => зараждане
на пукнатината, развитие и
катастрофално крехко
разрушаване. Пълзене – това е
бавна пластична деформация
на материала под
въздействието на постоянно
натоварване при повишени
температури. Опасно е за:
парни котли, турбини,
паропроводи, химически
реактори, съдове под
налягане. Топлоустойчивост –
това е способността на
материала да запазва якостта
си при повишени температури.
Разрушаване - процес на
зараждане и развитие на
микропукнатини =>
превръщане в макропуканини
=>крехко разкъсване на
метала. Състояние на
разрушаване - предхожда
самото разрушаване.
10. СПЛАВИ. ФАЗОВО
ПРАВИЛО. ФАЗИ НА
МЕТАЛНИТЕ СПЛАВИ.
СИСТЕМА - ПОНЯТИЕ,
ОПРЕДЕЛЯЩО СЪСТОЯНИЕ
НА ДАДЕНА СПЛАВ ПРИ
РАЗЛИЧНИ ТЕМПЕРАТУРИ,
НАЛЯГАНИЯ И
СЪСТАВИ.КОМПОНЕНТИ НА
СИСТЕМАТА – ОТДЕЛНИТЕ
ХИМИЧЕСКИ ЕЛЕМЕНТИ НА
ДАДЕНА СПЛАВ И
КОНЦЕНТРАЦИЯТА ИМ.
СИСТЕМИ -
СИСТЕМИ -
ЕДНОКОМПОНЕНТНИ, ДВУ-
ТРИ- И
МНОГОКОМПОНЕНТНИ. ФАЗА
- ЕДНОРОДНА ЧАСТ ОТ ЕДНА
СПЛАВ, ОТДЕЛЕНА С
ГРАНИЧНА ПОВЪРХНИНА ОТ
СЪСЕДНИТЕ ФАЗИ. ВСЯКА
ФАЗА ИМА СОБСТВЕНА
КРИСТАЛНА РЕШЕТКА.
ПРИМЕР: ВОДА - Н
2
О -
еднофазна система. Вода и
лед - двуфазна система
(течност L + кристал S ).
Двукомпонентна сплав - състои
се от 2 елемента (2
компоненти) А+В. Например -
месинг - сплав от Cu+Zn.
Видове фази и структурни
съставни: твърди разтвори ,
химични съединения,
механични кристални смеси.
Композицията е вид
материал ,съставен от две
съставни части – За разлика от
сплавта, химичеките елементи,
влизащи в състава на
матарицата и армиращия
елемент не си
взаимодействуват, поради
което между тях има рязка
граница .
11. РАВНОВЕСНИ
ДВУКОМПОНЕНТНИ
ДИАГРАМИ-ДИАГРАМИ ПРИ
ПЪЛНА РАЗТВОРИМОСТ И
ПЪЛНА НЕРАЗТВОРИМОСТ
РАВНОВЕСНИ
ДВУКОМПОНЕНТНИ
ДИАГРАМИ НА СЪСТОЯНИЯ.
ДВУКОМПОНЕНТНАТА
СИСТЕМА СЕ СЪСТОИ ОТ
ДВЕ ВЕЩЕСТВА -
КОМПОНЕНТИ :
А+В .
А+В .
СЪСТОЯНИЕТО НА
СИСТЕМАТА ЗАВИСИ ОТ:
%
%
А (респ. %В),Т и Р
А (респ. %В),Т и Р
ДИАГРАМАТА НА
СЪСТОЯНИЕ НА СИСТЕМАТА
УСТАНОВЯВА ВИДОВЕТЕ
ФАЗИ, КОИТО СЕ ФОРМИРАТ
ПРИ ПРОМЯНАТА НА Т и НА
КОЛИЧЕСТВОТО НА
КОМПОНЕНТИТЕ (А и В)
14. ЖЕЛЯЗО, ВЪГЛЕРОД И
ТЯХНИТЕ ФАЗИ
- Сплави, които се базират на
желязото (Fe) се наричат
железни.
Най-често с Fe се сплавява с
въглерода (С), т.к. още с
претопяването на желязната
руда (железни окиси)
въглеродът от горивото (кокс)
реагира с течното Fe,
образувайки съответните
твърди фази при
кристализация. Тези сплави се
наричат желязо-въглеродни.
Когато Fe си взаимодействува
освен с въглерода и с други
елементи (Cr,Mn,Ni,Si,W,MoTi,V
и др.), железните сплави се
наричат легирани
15. ДИАГРАМА НА
СЪСТОЯНИЕТО НА ЖЕЛЯЗО-
ВЪГЛЕРОДНИТЕ СПЛАВИ.
16.ВЛИЯНИЕ НА
ПОСТОЯННИТЕ ПРИМЕСИ НА
СТРУКТУРАТА И СВОЙСТВАТА
НА ЖЕЛЯЗО –
ВЪГЛЕРОДНИТЕСПЛАВИ.
Структурата и свойствата на
желязо-въглеродните сплави.
Постоянни примеси са тези
хим.елементи, които попадат в
стоманите при тяхния
металургичен добив.
Източниците на тяхното
доставяне са: рудата,
атмосферата, горивото,
влагата, различни добавки и
др. Естественните спътници
са: силиций (Si), манган (Mn),
сяра (S), фосфор (P), кислород
2
), водород (Н
2
), азот (N)
Влияние на сярата и фосфора:
Влиянието на тези два
елемента върху свойствата на
стоманите е вредно;
Източниците на тези два
елемента са горивото и
рудата;И двата елемента
образуват химически
съединения с Fe – сулфиди
(FeS) и фосфиди (Fe
3
P, Fe
2
P).
S не се разтвря в Fe, а P се
разтвря в ??Fe. Присъствието
на S в стоманите повишава
крехкостта им при високи
температури (гореща
крехкост), а P повишава
склонността им към така
наречената студена крехкост
Влияние на мангана и силиция:
Влиянието на тези два
елемента върху свойствата на
стоманите е полезно;Те се
добавят в още в стопилката на
стоманата за дезоксидация и
десулфидация;
2FeO + Si -> SiO
2
+ 2Fe
FeО + Mn -> MnО + Fe
FeS + Mn
-> MnS + Fe
Максималното количество на
Mn в стоманите като естествен
спътник е до 0,7 %, а на Si до
0,5%. До това количество
влиянието им е слабо върху
свойствата на
стоманите;Манганът
разширява аустенитната
област, силицият феритната.
Влияние на кислорода,
водорода и азота: По принцип
тези три елемента са вредни
за стоманите (в някой
изключения за
азота);Кислородът влиза в
състава на стоманите от
атмосферата, скрапа и
влагата, като образува окиси,
които се разполагат в
структурата като неметални
примеси. Повишеното им
количество влошава якостните
и пластичните характеристики
на стоманите;
Водородът се разтваря в
стоманите като газ от влагата
и образува неплътности
(пукнатини), наречени
флокени, с това силно ги
окрехкостява;Азотът навлиза
от атмосферата. Разтваря се
във ферита, като при
охлаждане се отделя във вид
на дисперсни нитриди на
желязото и на някой легиращи
и дезоксидиращи елементи
(Al,Ti,Nb).Той повишава
склонността на стоманите към
стареене и понижава
пластичността им.
17.ЛЕГИРАЩИ ЕЛЕМЕНТИ И
ВЛИЯНИЕТО ИМ ВЪРХУ
СТРУКТУРАТА И СВОЙСТВАТА
НА ЖЕЛЯЗО-ВЪГЛЕРОДНИТЕ
СПЛАВИ.
Разпределение на легиращите
елементи в стоманите: Като
твърд разтвор в Fe; Като
химически съединения
въглерода (карбиди); Като
химически съединения с Fe и
помежду си (интерметалиди);
Взаимодействие на
легиращите елементи с
въглерода в стоманите:
Легиращите елементи се
разделята на две групи:
-карбидообразуващи –
Cr,W,Mo,Ti,V,Nb,Zr;
-некарбидообразуващи – Ni,
Mn, Cu, Si, Al
Карбидите биват:
-Карбиди от I група-карбиди
със сложна кристална решетка
от типа на цементита (Fe
3
C)-
Cr
23
C
6
, Cr
7
C
3
, Fe
3
W
3
C и др.
-Карбиди от II група-карбиди от
типа фази на вместване с
кубична или хексагонална
решетка -W
2
C, WC, Mo
2
C, TiC,
ZrC и др.
R
c
/R
ле
> 0,59 - карбиди от I
група
R
c
/R
ле
< 0,59 - карбиди от II
група
СТРУКТУРНИ КЛАСОВЕ на
легираните стомани- по
структурата, която се получава
при охлаждане на въздух:
Перлитен клас – структури П,
Ф+П или П+карбиди
(нисколегираните стомани)
Феритен клас -
високолегирани стомани със
структура Ф, легирани с
>17%Cr
Аустенитен клас -
високолегирани стомани със
структура Аустенит (това са Cr-
Ni – стомани)
Мартензитен клас -
високолегирани стомани със
структура Мартензит, получена
при бавно охлаждане на
въздух.
18.КЛАСИФИКАЦИЯ НА
ФАЗОВИТЕ ПРЕВРЪЩАНИЯ В
ТВЪРДО СЪСТОЯНИЕ
ДИФУЗИОННИ
ПРЕВРЪЩАНИЯ са тези, при
които се осъществява
движение на атомите през
кристалната решетка.
Коефициентът на дифузия: D =
D
o
exp (-Q/RT) =>С повишаване
на Т се ускорява процесът на
дифузията. Извод:
Дифузионните процеси се
извършват при повишени Т.
Всички видове фазови
превръщания, които могат да
протекат в сплавите след
процеса кристализация, се
наричат фазови превръщания
в твърдо състояние или още
прекристализация. Тези
превръщания са определящи
за получаването на една или
друга структура на сплавта. В
основата на фазовите
превръщания в твърдо
състояние стоят два основни
процеса – дифузия и
полиморфизъм. В зависимост
от това кой от тези два
процеса е определящ,
фазовите превръщания в
твърдо състояние биват:
дифузионни, полиморфни
(бездифузионни) и
промеждутъчни (смесени).
Какви фазови превръщания са
възможни за даден тип сплави
се определя от вида и
качествата на фазите, които и
от склонността на
компонентите към полиморфни
превръщания.
Определен вид
дифузионни превръщания
протичат, например, когато се
образуват различни твърди
разтвори (отделяне и
разтваряне на вторични фази),
а също така когато се
образуват ограничени или
неограничени твърди разтвори
на базата на полиморфни
модификации на дадена
компонента от сплавта
(евтектоидно разпадане).
В някои сплави е
възможно да се получат и по-
сложни твърдофазни реакции,
които най-често по дифузионен
път водят до една значителна
промяна във фазовия състав
(перитектоидно превръщане,
спинодален разпад,
прекъснато отделяне).
В някои сплави е възможно да
се получат и по-сложни
твърдофазни реакции, които
най-често по дифузионен път
водят до една значителна
промяна във фазовия състав
(перитектоидно превръщане,
спинодален разпад прекъснато
отделяне).
Вида на фазовите
превръщания в твърдо
състояние се обуславят и от
условията, при които те
протичат. Дифузионните
фазови превръщания протичат
при бавно охлаждане, като в
по-голямата си част те
обуславят равновесните
структурни състояния на
сплавите. Скоростните
охлаждания водят до
възпиране на дифузионните
процеси и до протичане (ако
това е възможно) на
полиморфни превръщания.
Например превръщането ?-
Fe??-Fe е възможно да
протече по дифузионен и по
бездифузионен път.
Дифузионното превръщане ?-
Fe??-Fe Преминава през
стадиите на зараждане и
нарастване на ?-фазата.
Аналогично на условията, с
някой допълнения, отразяващи
различията на средата, в която
се заражда и нараства новата
фаза, се установява, че
размерът на устойчивия
зародиш и впоследствие
размерът на ?-зърното
намалява с увеличаване
степента на преохлаждане.
При всички случаи на
дифузионното превръщане на
?-Fe в ?-Fe обаче се реализира
едно движение на железните
атоми, осигуряващо както
смяна типа на кристалната
решетка, така също
дифузионното движение на
образувалата се по време на
превръщането междуфазова
граница ?/? . Ако се осъществи
скоростта на охлаждане над
10
5
[oC/s] (скоростното
охлаждане на тънки железни
фолиа или нишки), се подтиска
дифузията на атомите на
желязото и се осъществява
една значителна движеща
сила за бездифузионното
полиморфно превръщане на ?-
Fe в ?-Fe. При този механизъм
на превръщането атомите
колективно се преместват на
разстояния по-малки от
междуатомните без при това те
да сменят съседите си, като се
извършва само промяна на
типа на кристалната решетка
от СЦК в ОЦК. За разлика от
дифузионното превръщане,
което е термично активируемо,
бездифузионното превръщане
протича атермично, т.е.
безинкубационно в
температурен интервал и с
висока скорост. Едно такова
превръщане може да се
осъществи само ако се
съхранява определена
кристалографска операция на
двете фази и кохерентност
(атомна връзка) на
междуфазовата граница по
време на превръщането –
Този вид бездифузионни
полиморфни превръщания се
нарича мартензит. Структурата
на ?-Fe, която се получава по
единия и другия механизъм,
съществено се различава.
След дифузионното
превръщане се получава
равновесна полиедрична, а
след бездифузионното –
дребнозърнесто иглеста.((име
на схемата: Кристалографски
модел на бездифузионно
(мартензитово) превръщане ?-
Fe??-Fe )). Мартензитните
превръщания имат
деформационен характер, тъй
като поради разликата в
специфичните обеми на двете
фази се получава едно
значително еластично
взаимодействие между тях.
При достигане на пределните
еластични деформации се
нарушава кохерентността на
междуфазовата граница,
протичат микропластични
деформации (двойникуване,
плъзгане) и спира
нарастването на мартензитния
кристал. За разлика от
фазовите превръщания,
протичащи при охлаждане,
фазовите превръщания при
нагряване са дифузионни (с
изключение на
термоеластичното
взаимодействие при
мартензитните превръщания).
Те могат да бъдат обратими
(разтваряне, дифузионно
полиморфно превръщане,
обратно евтектоидно и
притектоидно превръщане) и
необратими (разпадане на
преситени твърди разтворим
рекристализация, уедряване,
коагулация). Необратими
фазови превръщания протичат
при налягане на метастабилни
структури.
19.ДИФУЗИОННИ ФАЗОВИ
ПРЕВРЪЩАНИЯ В
СТОМАНИТЕ
при бавно нагряване и
охлаждане
1 - подевтектоидни стомани: Ф
+ П <=>Ф+А <=> Аустенит
2 -надевтектоидни стомани: П
+ Ц “ <=>А +Ц “<=> Аустенит
Извод: стоманите при
нагряване над линията GSE
имат структурата АУСТЕНИТ.
При бавно охлаждане
Аустенитът се разпада и
образува Ф+Ц - смес, наречена
ПЕРЛИТ
ПРЕВРЪЩАНЕ НА СТОМАНИТЕ ПРИ НАГРЯВАНЕ
-МАХАНИЗЪМ, КИНЕТИКА.
*Основно превръщане - перлит
в аустенит при 727
0
С: П->А -
727
0
С
*Три характерни момента в
механизма на превръщането:
- Първо - зараждането на
аустенитните зърна се
извършва на границата на
феритната и цементитна
пластина;
- Второ - нарастването на
аустенитните кристали е
неравномерно-с по-голяма
скорост във ферита и с по-
малка скорост в цементита;
- Трето - нарастването на
аустените се характеризира с
нехомогенност, която зависи от
температурата на
превръщането.
*Два характерни момента в
кинетиката на превръщането:
- Първо –
превръщането е свързано с
инкубационен период, който
зависи от температурата;
Второ – скоростта на
превръщането е наследствено
свързана с металургичния
произход на стоманата.
РАЗПАДАНЕ НА АУСТЕНИТА-МАХАНИЗЪМ,
КИНЕТИКА.
Два основни
момента:1.Механизъм на
зараждане и нарастване на
перлита в аустенита;
2.Кинетика на превръщането-
кинетични и изотермични
диаграми;
Зараждането на перлита се
извършва на границата на
аустенитните зърна- една от
двете фази (ферит и цементит)
е водеща.
Нарастването се извършва
чрез присъединяване на нови
ламели към нарастващата
перлитна колония и чрез
увеличаване периметъра на
всяка ламела- фиг.1.
20.БЕЗДИФУЗИОННИ
ПРЕВРЪЩАНИЯ В
СТОМАНИТЕ
Фазови превръщания -
дифузиони и бездифузионни.
ДИФУЗИОНИ ПРЕВРЪЩАНИЯ
са тези, при които се
осъществява движение на
атомите. Бездифузионни
превръщания се извършват
при рязко понижаване на Т,
когато за дифузионно
превръщания липсва
необходимото време. Такъв
вид превръщане се получава
при рязко охлаждане на
стомана от аустенитно
състояние и се
нарича”МАРТЕНЗИТНО
ПРЕВРЪЩАНЕ“Истинско”
закаляване - когато остава
непревърнат аустенит след
охлаждане със скорост V >V
кр
.
При обикновени въглеродни
стомани това е невъзможно.
Причина:
Причина: при около 200
о
С
съществува т.М
н
-
температурата на началото на
превъщане на Аустенит в нова
структура - МАРТЕНЗИТ. Точка
М
к
- температурата на край на
превръщането А=>М.
СЪЩНОСТ НА
МАРТЕНЗИТНОТО
ПРЕВРЪЩАНЕ: Това е
бездифузионно преустройство
на СЦК- решетка на Аустенита
в тетрагонална обемно-
центрирана решетка на
Мартензита. Поради липсата
на дифузия, цялото количество
на въглерод, което е било
разтворено в решетката на А,
остава в М. Мартензит - това е
преситен твърд разтвор на С в
ОЦТ-решетка на М.
Мартензитното превръщане се
получава при Т, когато няма
дифузия - БЕЗДИФУЗИОННО
ПРЕВРЪЩАНЕ. Протича само
при непрекъснато охлаждане
от Мн до Мк. Появяват се
зародишите на М-фаза, но те
не нарастват. Затова
структурата е с дребно- иглест
характер. Винаги остава
известно количество
непревърнат
(остатъчен)Аустенит.
Температурите Мн и Мк
зависят само от марката на
стоманата - %С и на други
елементи. Превръщането
А=>М създава значителни
напрежения в кристалната
решетка, поради което
МАРТЕНЗИТНАТА СТРУКТУРА
ИМА ВИСОКА ТВЪРДОСТ
Мартензитното превръщане е
теоретична основа на процеса
на закаляване на стоманите.
Извършва се чрез скоростно
охлаждане на стоманата,
загрята до Аустенитно
състояние.
Свойства на
Мартензита:висока твърдост
58-62HRC; висока якост Rm
=2600-2700MPa (спрямо 600-
800 МРа) висока крехкост,
високи напрежения; закалочни
пукнатини, изкривяване на
детайлите.
22.ОТГРЯВАНЕ И
НОРМАЛИЗАЦИЯ
ОТГРЯВАНЕ ОТ I РОД.
ХОМОГЕНИЗИРАЩО
ОТГРЯВАНЕ: Отгряването от I
род е вид термическа
обработка, която цели
постигане на максимално
равновесно структурно
състояние на металите и
сплавите. В зависимост от
предварителното състояние на
сплавта и желаните структурни
изменения, отгряването от I
род бива: хомогенизиращо,
рекристализационно и
релаксационно.
Хомогенизиращото отгряване е
вид термична обработка,
водеща до изравняване на
химическия състав в отделните
фази и зърна на структурата в
целия обем на сплавта. По
време на този вид отгряване е
възможно да се получи
разтваряне на отделени
метастабилни фази от
неравновесна кристализация
или прекристализация, както и
не е изключено да се отделят
нови по-стабилни фази от
метастабилен твърд разтвор. В
този смисъл терминът
“хомогенизиращо” не е най-
подходящия, но е възприет без
особени дискусии в
литературата.
РЕКРИСТАЛИЗАЦИОННО
ОТГРЯВАНЕ:
Рекристализационното
отгряване е вид термична
обработка, в основата на която
лежи процеса рекристалация.
Този процес, както е известно
от
“Материалознанието” е тясно
свързан с механическото
уякчаване (наклепа), което се
получава след
студена пластична
деформация на пластичните
метални материали.
Следователно
рекристализационното
отгряване има смисъл да се
провежда за пластически
обработени метали и
сплави, които в по-голяма или
по-малка степен са уякчени.
Рекристализацията като
процес има
дифузионен механизъм и като
такъв тя е термически
активируема и кинетически се
определя
основно от температурата.
Протичащите структурни и
субструктурни промени имат
различен
характер при различни
температури. До определена
температура за дадената
сплав се
извършват само вътрешно
кристални субструктурни
промени, а над нея те
придобиват
структурен характер, свързан с
цялосно изменение на
структурата без да се променя
фазовия състав на сплавта.
Тази температура се нарича
температура на
рекристализация
Тя зависи от редица фактори,
но е пропорционално свързана
с температурата на топене за
съответната сплав. За чистите
метали тя е около 30 % от
температурата на топене (по
абсолютната сксла). За
сплавите това съотношение
може да бъде и по-голямо (до
40%).
Процесите , които протичат до
температурата на
рекристализация се наричат
дорекристализационни, а
процесите над нея –
рекристализационни.
Когато отгряването се
провежда под температурата
на рекристализация, то се
нарича възврат
(дорекристализационно
отгряване), а когато се
провежда над тази
температура –
рекристализация
ОСОБЕНОСТИ НА
УЯКЧЕНИТЕ СТРУКТУРИ:
Деформационни ивици, които
са успоредно
разположени в зърното и
предимно са ориентирани по
наппавление на
деформацията.
Тези ивици разграничават
отделни участъци на зърното,
които са разориентирани на
големи ъгли. Ширината на тези
ивици може да достигне до
няколко десетки микрона.
Те се появявят в кристалите
при малки степени на
деформация и се сгъстяват с
нарастване на деформацията.
Анализирайки строежа на тези
ивици се установява, че те се
състоят от множество
успоредно ориентирани
плоскости получени от
многократното

Това е само предварителен преглед

За да разгледате всички страници от този документ натиснете тук.

Пищови по материалознание 1-част

Предмет на материалознанието. Свойства на атериалите. Класификация. Материалознанието е наука за изучаване на връзката между строежа от една страна и свойствата на материалите от друга страна...
Изпратен от:
Stoicho
на 2012-01-25
Добавен в:
Пищови
по Материалознание
Статистика:
555 сваляния
виж още
 
Домашни по темата на материала
полиморфизъм на желязото и желязо въглерони диаграми
добавена от krasimir.katev 30.04.2014
0
55
Приложение на не металните материали в топлотехниката
добавена от worried.themachine 20.03.2013
0
12
тттттттт тттттттттттттт тттттттттт тттттттт
добавена от Teodor_Stefanov 25.09.2012
0
6
спешно ми трябва отговор на въпроса - На какво се дължи уякчаването и разякчаване на свойствата на металите
добавена от boris.bojov 17.10.2013
1
26
Подобни материали
 

Пищови по материалознание

07 май 2008
·
803
·
8
·
6,066
·
612
·
1

Съдържа всички въпроси от конспекта, който беше даден във ИПФ Сливен при доц. Цонев...
 

Материалознание и технология на металите

08 май 2010
·
202
·
17
·
2,556
·
387

Разработка за видовете кубични кристални решетки, за томаните и приложението им в определени машини...
 

Основни понятия в материалознанието

12 ное 2010
·
94
·
8
·
1,073
·
209

Кристалните решетки биват три вида:обемноцентрирана кубична решетка,стенноцентрирана кубична решетка и хексагонална плътна опакована решетка.Те се характеризират с понятието параметър,който се измерва в ангстрьоми. Кубичните решетки...
 

Полупроводникови материали

28 ное 2011
·
191
·
10
·
1,564

Полупроводниковите материали са химични елементи или съединения със следните свойства: специфично съпротивление при стайна температура в границите...
 

Материалознание

25 яну 2012
·
185
·
15
·
1,376
·
434

Предмет на материалознанието. Класификация на материалите. Техника на материалите. Метали, неорганични метали (стъкло, керамика и т.н.)...
1 2 »
 
Онлайн тестове по Материалознание
Тест по текстилно материалознание
класно тест по Материалознание за Ученици от 9 клас
Тест за контролна проверка на знанията по Текстилно материалознание в края на І срок (9клас). Въпросите са само с един верен отговор.
(Лесен)
15
29
1
2 мин
07.08.2012
Тест по материалознание за студенти
тематичен тест по Материалознание за Студенти от 3 курс
Тестът по материалознание включва 10 въпроса, свързани с процеса отгряване от първи и втори род. Всички въпроси имат само един верен отговор. Предназначен е за студенти от 3-ти курс по специалността.
(Труден)
10
36
1
12.07.2013
» виж всички онлайн тестове по материалознание

Пищови по материалознание 1-част

Материал № 799891, от 25 яну 2012
Свален: 555 пъти
Прегледан: 1,151 пъти
Предмет: Материалознание, Технически науки
Тип: Пищов
Брой страници: 8
Брой думи: 10,314
Брой символи: 68,264

Потърси помощ за своята домашна:

Имаш домашна за "Пищови по материалознание 1-част"?
Намери бързо решение, с помощтта на потребители на Pomagalo.com:

Намери частен учител

Диана Николова
преподава по Материалознание
в град София
1 375 53

виж още преподаватели...
Последно видяха материала