Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 3. Температура начала и конца затвердевания сплавов меди с никелем.
№ сплава Состав сплава Температура начала затвердевания (в °) Температура конца затвердевания (в °)
1 90% меди и 10% никеля 1140 1100
2 80% меди и 20% никеля 1190 1130
3 70% меди и 30% никеля 1240 1160
4 60% меди и 40% никеля 1280 1190
5 50% меди и 50% никеля 1320 1220
6 40% меди и 60% никеля 1350 1260
7 30% меди и 70% никеля 1380 1300
8 20% меди и 80% никеля 1410 1350
9 10% меди и 90% никеля 1430 1400
Диаграмма имеет три области: в области I все сплавы меди с никелем будут находиться в жидком состоянии, в области II будут сосуществовать кристаллы твердого раствора и жидкий сплав, а в области III все сплавы будут состоять из кристаллов твердого раствора. Принципиальное отличие полученной диаграммы состояния сплавов меди с никелем от диаграммы состояния I рода заключается в том, что температура конца затвердевания у всех сплавов меди с никелем различная, поэтому линия солидуса имеет криволинейный характер (см. рис. 29), а на диаграмме состояния I рода окончание затвердевания всех сплавов происходит при одной и той же температуре и линия солидуса прямая (см. рис. 27). Причина такого различия заключается в том, что у всех сплавов, образующих механические смеси (диаграмма I рода), концентрация жидкости в конце процесса кристаллизации всегда одинакова. У сплавов, образующих твердые растворы, концентрация жидкости в конце процесса кристаллизации будет неодинаковой. Строение сплавов меди с никелем при различных температурах показано на рис. 30. Сравнивая эти структуры со структурами сплавов первой группы, мы видим, что между ними имеется существенное отличие. У сплавов, образующих твердые растворы, микроструктура состоит, как и у чистых металлов, из однородных зерен, поэтому по микроструктуре нельзя отличать твердые растворы от чистых металлов. Они отличаются лишь строением кристаллической решетки. У чистых металлов кристаллическая решетка состоит из однородных атомов, а у твердых растворов — из атомов двух или более элементов.
Рассмотренные два типа диаграмм состояния сплавов являются наиболее простыми и вместе с тем наиболее важными. Встречаются и другие группы сплавов: например, когда компоненты, входящие в сплав, могут образовывать химические соединения или когда компоненты могут лишь в ограниченном количестве растворяться друг в друге в твердом состоянии. В указанных случаях диаграммы состояния сплавов имеют более сложный вид и представляют собой ту или другую комбинацию диаграмм состояния I и II рода.
Номера сплабоб
то
то
о
40
I11100
S №
1" /ООО
ч оп„
100
Т |*Р
6 А
вШ
Г
Нинель Ш
О Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Содержание никеля^ 6 %
Рис. 29. Диаграмма состояния сплавов меди с никелем.
26
Рис. 30. Строение сплавов меди с никелем при различных температурах.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ.
Построенные по нескольким кривым охлаждения диаграммы состояния сплавов представляют собой крупное научное обобщение. Они дают в сжатой и наглядной форме картину изменения строения, а следовательно и свойств сплава при изменении его концентрации и температуры. Диаграммы состояния позволяют без проведения опытов определить температуры, при которых происходят плавление и затвердевание сплавов, а также аллотропические превращения в них. По виду диаграммы состояния можно сделать заключение о возможности термической обработки сплавов. Сплавы, у которых диаграмма состояния имеет только линии ликвидуса и солидуса, могут подвергаться лишь некоторым видам термической обработки. Сплавы, у которых на диаграмме состояния ниже линии солидуса расположены другие линии, претерпевают вторичную кристаллизацию и, следовательно, могут более широко подвергаться термической обработке. Пользуясь диаграммами состояния, устанавливают режимы термической обработки материалов.
Глава IV. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ. СТАЛЬ И ЧУГУН.
Сталь и чугун являются наиболее важными и широко применяемыми в технике сплавами. Достаточно отметить, что они составляют около 95% всех используемых в мире сплавов. Прежде чем перейти к изучению строения стали и чугуна, следует выяснить, что же представляют собой эти сплавы по химическому составу. Сталью называют сплавы железа с углеродом и другими элементами, содержащие до 2% углерода. Углерод — важнейшая примесь стали, так как от количества его зависят прочность, твердость и пластичность стали. Кроме железа и углерода, в состав стали входят в том или ином количестве кремний, марганец, сера и фосфор. Эти примеси обычно попадают в сталь в процессе ее выплавки и являются ее неизбежными спутниками.
Чугун — это тоже сплав на железной основе. Принципиальное отличие чугуна от стали заключается прежде всего в более высоком содержании в чугуне углерода. Чугуном называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2% углерода. Чаще всего находят
27
применение чугуны, содержащие 3 - 3,5% углерода. В состав чугуна входят те же примеси, что и в сталь, т. е. кремний, марганец, сера и фосфор, но в несколько больших количествах. Углерод в чугуне может находиться либо в химическом соединении с железом, либо в свободном состоянии в виде графита. Чугуны, у которых весь углерод находится в химическом соединении с железом, называются белыми (по виду излома). Чугуны, у которых весь углерод или большая его часть находится в виде графита, называются серыми. В настоящей главе будет рассмотрено строение белых чугунов. Серые чугуны описываются в гл. XIII. Чтобы несколько упростить изучение строения стали и чугуна, мы будем рассматривать их как сплавы, состоящие из двух компонентов — железа и углерода. Влияние на структуру и свойства стали и чугуна остальных примесей описывается в дальнейшем.
