ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы теории сплавов из "Материаловедение " Чистые металлы характеризуются низким пределом прочности, поэтому в машиностроении применяют главным образом их сплавы. Металлическим сплавом называют сложное веш,ество, полученное сплавлением (или спеканием) нескольких металлов или металлов с неметаллами. Например, мягкая медь с добавлением олова превращается в более твердую бронзу. При этом улучшаются эксплуатационные и технологические свойства металлического материала. [c.24] Для изучения процессов, происходящих в сплавах при их превращениях, а также для описания строения сплавов в металловедении используют понятия компонент, фаза, система. Компонентами называют вещества, образующие систему. Чистый металл представляет собой однокомпонентную систему, сплав двух металлов - двухкомпонентную систему и т.д. Компонентами могут быть металлы и неметаллы, а также устойчивые, т.е. не диссоциирующие на составные части в рассматриваемых интервалах температур вещества - химические соединения. Так, для цветных металлических сплавов компонентами могут быть металлы (например, медь с цинком образует латунь), а для черных - металлы с небольшим содержанием неметаллов (железо с углеродом - чугун, сталь). [c.24] Фазой называют однородную часть системы, имеющую одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделенную от остальных частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяются скачкообразно. Совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (давлении, температуре), называют системой. Например, однородная жидкость (расплавленный металл) является однофазной системой, при кристаллизации чистого металла система состоит из двух фаз жидкой (расплавленный металл) и твердой (зерна закристаллизовавшегося металла). Другой пример механическая смесь двух видов кристаллов образует двухфазную систему, так как каждый кристалл отличен по составу или строению и отделен один от другого поверхностью раздела. Сплав называют однородным (гомогенным), если его структура однофазна, и разнородным (гетерогенным), если его структура состоит из нескольких фаз. Под структуройсшжа понимают видимое в микроскоп взаимное расположение фаз, их форму и размеры. [c.24] Компоненты в сплавах могут составлять рис. 13) жидкие и твердые растворы, химические соединения и механические смеси. [c.25] Однородные жидкие растворы рис. 13, а) характерны почти для всех металлов, растворяющихся друг в друге в жидком состоянии в любых соотношениях. В однородном жидком растворе атомы 1 растворимого металла (компонента) А равномерно распределены среди атомов металла В - растворителя. Лишь немногие металлы растворяются в жидком состоянии ограниченно. И только очень немногие металлы из-за большой разницы в размерах своих атомов не растворяются друг в друге в жидком состоянии. В процессе кристаллизации и затвердевания сплавов взаимодействие компонентов может быть различным. [c.25] Твердые растворы образуются в результате перехода в твердое состояние однородных жидких растворов. В твердом растворе одно из веществ, входящих в состав сплава, сохраняет присущую ему кристаллическую решетку, а другое в виде отдельных атомов распределяется в кристаллической решетке первого вещества. Т вердые растворы бывают двух ти пов твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. Независимо от типа твердые растворы однофазны. [c.25] Втвердых растворах внедрения атомы растворенного компонента внедряются в межатомное пространство кристаллической решетки другого компонента-растсорителя (см. рис. 13, б). Твердые растворы внедрения образуются, например, в сплавах железа с водородом, азотом, бором. [c.26] Химические соединения рис. 13, в) образуются при сплавлении различных металлов или металла с неметаллом. Соотношение чисел атомов элементов химического соединения может быть выражено формулой вида А,В . Химическое соединение - однородное кристаллическое тело, имеет кристаллическую решетку с упорядоченным расположением атомов, которая отлична от решеток элементов, образующих это соединение. Химические соединения, как и чистые металлы, имеют постоянную температуру плавления и, как правило, обладают большой твердостью и значительной хрупкостью. [c.26] Механическая смесь (рис. 13, г) двух компонентов А и В образуется тогда, когда при кристаллизации компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. Механическая смесь может состоять из зерен двух насыщенных твердых растворов или зерен твердого раствора и химического соединения. В этом случае сплав состоит из кристаллов А и В, которые, если они достаточно крупны, отчетливо выявляются на микроструктуре. Рентгенограмма сплава отчетливо показывает наличие двух решеток компонентов А и В. [c.26] Температуры, при которых изменяется строение металлов и сплавов, называют критическими точками. При плавлении и затвердевании чистые металлы имеют одну критическую точку, а сплавы - две. В интервале между этими точками в сплавах существуют две фазы - жидкий сплав и кристаллы. [c.26] Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. [c.26] Основными компонентами, от которых зависит структура и свойства железоуглеродистых сплавов, являются железо и углерод. Чистое железо - металл серебристо-белого цвета температура плавления 1539 С. Железо имеет две полиморфные модификации а и у. Модификация а существует при температурах ниже 911 Си выше 1392 С у-железо-при 911-1392 С. [c.26] В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие структурные составляющие. [c.26] Диаграмма состояния Ре—Ре,С представлена в упрощенном виде. Первичная кристаллизация, т.е. затвердевание жидкого сплава начинается при температурах, соответствующих линии ликвидуса АСО. Точка А на этой диаграмме соответствует температуре 1539 плавления (затвердевания) железа, точка О - температуре 1600 С плавления (затвердевания) цементита. Линия солидуса АЕСРсоответствуеттемпературам конца затвердевания. При температурах, соответствующих линииАС, из жидкого сплава кристаллизуется аустенит, а линии СВ - цементит, называемый первичным цементитом. В точке С при 1 ИТ С и содержании углерода 4,3% из жидкого сплава одновременно кристаллизуется аустенит и цементит (первичный), образуя эвтектику - ледебурит. При температурах, соответствующих линии солидуса АЕ, сплавы с содержанием углерода до 2,14% окончательно затвердевают с образованием аустенита. На линии солидуса ЕСР сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 6,67% окончательно затвердевают с образованием эвтектики (ледебурита) и структур, образовавшихся ранее из жидкого сплава, а именно н интервале 2,14-4,3% С - аустенита, а в интервале 4,3-6,67% С цементита первичного (слг.рис. 14). [c.29] В результате первичной кристаллизации во всех сплавах с содержанием углерода до 2,14%, т.е. в сталях, образуется однофазная структура -аустенит. В сплавах с содержанием углерода более 2,14%, т.е. в чугунах, при первичной кристаллизации образуется эвтектика ледебурита. [c.29] Вторичная кристаллизация (превращение в твердом состоянии) происходит при температурах, соответствующих линиям С5Е,Р5К иСРр. Превращения в твердом состоянии происходят вследствие перехода железа из одной аллотропической модификации в другую (у в а) и в связи с изменением растворимости углерода в аустените и феррите. С понижением температуры растворимость уменьшается. Избыток углерода выделяется из твердых растворов в виде цементита. [c.29] При температурах, соответствующих линии Р5К, происходит распад аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перлита, представляющего собой механическуюсмесьферрита и цементита. Линию Р5К называют линией перлитного превращения. [c.30] При температурах, соответствующих линии 5Е. аустенит насыщен углеродом, и при понижении температуры из него выделяется избыточный углерод в виде цементита (вторичного). [c.30] Вернуться к основной статье