Пример шпаргалки по материаловедению: Шпоры по материаловедению

Выдержка из текста работы

1. металлическая (Ме + Ме) – высокая теплопроводность, специфический блеск, связь не направлена, плотноупакованная кр. решетка.

2. ионная (Ме + неМе) – характерна для неорганич. химических соединений Ме с неМе: О, F, Cl, строгое чередование ионов разного знака, тип КР зависит от соотношения радиусов:

r1/r2	0.22-0.41	0.41-0.73	0.73-0.94
К (координац. число)	4	6	8

3. ковалентная (Ме + Ме) – рыхлая структура, полупроводники, графит (алмаз).

4. молекулярная (при взаимодействии любых частиц) – силы Ван-дер-Ваальса

Наиболее устойчивой кристаллической структурой является та, которая обладает минимумом свободной энергии: G=H – TS;

Способы получения сплавов:

1. сплавление нескольких Ме.

2. прессованием и спекание порошков

3. плазменным напылением

4. конденсацией паров компонентов в вакууме

Виды фаз:

1. твердые растворы (ТР) – размерный фактор, неограниченная растворимость, валентность.

• замещения

• внедрения

2. промежуточные фазы (ПФ)

Строение реальных кристаллов:

Виды дефектов:

1. точечные – вакансии, атомы внедрения, атомы примесей.

2. линейные – краевые, винтовые (вектор Бюргерса).

3. поверхностные – границы блоков, зерен.

Зернограничное упрочнение описывается уравнением Холла-Петча:  _т=_о+k/d_зерна

4. Объемные дефекты – раковины, поры, Ме включения, трещины.

Деформации: (механизм образования – сдвигово-дислокационный, скольжение, двойникование)

1. по величинам напряжений:

• упругая

• пластическая

2. по величине температуры

• горячая

• холодная

Источники Франка-Рида: количество дислокаций увеличивается с 10⁶ до 10¹² 1/см²

Стадии ПД: (график)

1. возврат – (0,1 – 0,3Тпл)без изм. строения Ме, частично снимаются искажения кр. решетки и внутр. напряжения.

• отдых – невысокий нагрев (0,2Тпл), достаточный для движения дислокаций.

• полигонизация — (0,3Тпл),перестройка дислокаций, образование ими субграниц.

2. Первичная рекристаллизация – процесс образования новых равноосных зерен с низкой плотностью дислокаций в интевале(интервале температур). ПД по отношению к T_рек делиться на: холодную (ниже T_рек), горячую (выше T_рек).

T_рек зависит от:

• энергии межатомных связей

• степени пластической деформации

• наличия легирующих элементов

Аморфизация кристаллов – происходит при больших скоростях охлаждения: 10^-7…10^-9 ; наибольшее практическое применение имеют аморфные структуры Ме с Ме: С, В, Р, и т. д.

Свойства аморфных сплавов:

1. высокая коррозионная стойкость

2. высокая магнитная мягкость + рост плотности.

Вторичная перерекристаллизация – это перерекристаллизация Ме в твердом состоянии; наблюдается у Ме, обладающих полиморфизмом. В основе ее лежат аллотропические превращения, состоящие в изменение типа КР.

Аллотропические превращения протекают при постоянной температуре.

Правило Курнакова – в областях где сплавы имеют структуру твердого раствора, свойства изменяются по закону кривой линии, а где смеси твердых растворов, свойства изменятся по закону прямой линии.

Ф и А – растворы переменной концентрации. Процент углерода в них изменятся по линиям PQ и ES, лишний углерод выделятся в виде цементита. Виды цементита:

1. первичный цементит – выделятся по линии CD из L;

2. вторичный цементит – выделятся по линии ES из А;

3. третичный цементит – выделятся по линии PQ из Ф;

Виды сталей:

1. эвтектоидная (С – 0.8%)

2. доэвтектоидная (С < 0.8%) – конструкционные стали.

3. заэвтектоидная (С > 0.8%) – инструментальные стали.

Чугуны: белые, серые, ковкие, высокопрочные.

Белые:

1. доэвтектоидные (С < 4.3%) – П + вторичный цементит + ледебурит;

2. эвтектоидные (С – 4.3%) – ледебурит;

3. заэвтектоидные (С > 4.3%) – цементит + ледебурит;

Белые чугуны имеют высокие литейные свойства, но из-за наличия цементита, они очень хрупки и тверды, поэтому они не применятся.

Серые:

Они имеют самую неблагоприятную форму графита (пластинчатую). Для образования в стр-ре СЧ графита при кристаллизации, в состав вводят графитизаторы: Fe – C – Si. СЧ плохо работают на р., хорошо на с., хуже на изгиб, поэтому СЧ маркируют по линиям прочтонсти.

ГОСТ1412-85

СЧ10, СЧ15 (=100; =150)	Ф + графит	слабо нагруженные детали
СЧ20, СЧ25	П + Ф + графит	зубчатые колеса, станины станков
СЧ30, СЧ35	П + графит

Высокопрочные:

Модифицируют магнием + Mg, в результате чего образуется шаровидный графит (менее острый концентратор напряжений), а значит повышаются механические свойства.

ГОСТ7293-85

ВЧ35, ВЧ40	Ф + шаровидный графит	Прокатные станы, кузнечно – прессовое оборудование, лопатки турбин.
ВЧ45, ВЧ50	П + Ф + шаровидный графит
ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100	П + шаровидный графит

ВЧ могут успешно заменят сталь.

Ковкие:

Их получают отжигом отливок из белого доэвтектического чугуна (при t=900…1000 в течении 80 – 120 ч.) Цель отжига вызвать распад цементита – углерод отжига.

Ферритные КЧ:		Перлитные КЧ:
КЧ30-6	Ф+С	КЧ45-7	П + С(отпуска)
КЧ33-8	Ф+С	КЧ60-3	П + С(отпуска)
КЧ35-10	Ф+С	КЧ80-1.5	П + С(отпуска)
КЧ37-12	Ф+С

Влияние ЛЭ на равновесную стр-ру сталей:

1. Ni, Mn, Co, Cu, N – расширяющие область аустенита.

2. Cr, Si, V, Mo,W,Ti — расширяющие область феррита.

Виды и факторы воздействия ТО:

1. скорость нагрева

2. время нагрева, и выдержки.

3. скорость охлаждения

• отжиг – медленное охлаждение для получения равновесной структуры, свободной от внутр. напряжений

• закалка – резкое охлаждение для получения неравновесной стр-ры и упрочнения

• отпуск – повторный невысокий нагрев закаленной детали, для снятия ост. напряжений вызванных закалкой.

Выбор обработки зависит от видов превращения, которые испытывает сплав в твердом состоянии:

1. группа сплавов не имеющих превращения в тв. состоянии. К таким сплавам применяют различные виды отжига.

• рекристаллизационный (РО) – полное снятие внутренних напряжений, восстановление пластичности.

• низкий отжиг – для снятия внутренних напряжений, повышение стабильности, коррозионного растрескивания и разрушения.

2. группа сплавов имеющих превращения в тв. состоянии.

• участок аb – т. н. деформируемые сплавы (алюминиевые типа Д1, Д6, Д16, магниевые МА5, МА6, жаропрочные на основе Fe, Ni, Co)

• участок cd – хрупкие сплавы, используют в виде отливок.

• Типы выделений:

• зоны Генье – Престона (ГП) – решетка такая же как и у раствора, поэтому энергия образования минимальна.

• кристаллы метастабильной фазы (МСФ) – своя решетка, более простая чем у стабильной фазы

• кристаллы стабильной фазы (вторичная фаза) – сложная решетка

Для таких сплавов максимальное упрочнение достигается при: закалка + ХПД + старение

3. группа сплавов с эвтектоидным превращением (стали, титановые, алюминиевые сплавы, бронзы)

Виды ТО стали:

1. отжиг (РО, ПО-перекристаллизационный отжиг (измельчение зерна, снятие внутренних напряжений) – для доэвтектоидных конструкционных сталей, сфероидизирующий отжиг (с получением зернистого П) – для инструментальных сталей)

2. нормализация – вид термической обработки сталей при которой ее нагревают до: А3+ (30-50), выдерживают и охлаждают на воздухе, таким образом обрабатывают часть констр. сталей.

Структура после Н. зависит от содержания углерода:

C<0.3%	Ф + П
C=0.3…06.%	Ф + П(сорбитообразный)
C>0.6%	C(пластинчатый)

3. закалка – Цель: получение мелкопластинчатого маренсита, который обеспечивает высопрочное состояние.

4. отпуск – вид ТО при котором закаленную сталь нагревают не выше А1, выдерживают 2-3 часа и охлаждают на воздухе. Операция окончательно формирующая структуру и свойства сплава.

• низкий (НО) – 150 – 250 – М. отпуска

а) Fe_(C’)  Fe_ (C’’) +  — карбид; С’ > C’’

в) аустенит  мартенсит

Подвергаются детали работающие при трении (цементир. ЗК, втулки, кулачки)

• средний (СО) – 350 – 450 – Т. отпуска

Выделятся весь углерод, который пересыщал решетку Ф:  — карбид  Fe₃C (мелкие зерна). Образуется смесь Ф. и дисперсных частиц, ее называют Т(отпуска), полностью снимаются закалочные напряжения.

СО подвергают – пружины, рессоры, упругие элементы.

• высокий (ВО) – 500 – 650 – С. отпуска

Происходит укрупнение частиц Ц, уменьшение дисперсности Ф-Ц смеси. Такая структура хорошо противостоит трещинам – детали работающие на усталость.

ХТО сталей:

Структура	, мкм	НВ		
П	1…0.5	180 — 250	850	16
С	0.4…0.2	250 – 350	1000	12
Т	0.1 и менее	350 — 450	1200	8

Материалы эффективно снижающие Vкр – Mn — Si, Mn – Cr, Cr – Ni, Cr – Ni – Mo.

Цементация	C	упрочнение
Азотирование	N	упрочнение
Нитоцементация	N + C	упрочнение
Борирование	B	повышение коррозионной стойкости
Хромирование	Cr	повышение коррозионной стойкости

1. Цементация

Подвергают низкоуглеродистые стали (С=0.1…0.3%), которые слабо упрочняются при закалке.

Ц. проводят при высоких температурах (900 — 950)

Характеристики слоя – толщина, эффективная толщина, поверхностная концентрация.

Виды Ц:

• твердая

• газовая

• ионная

2. Азотирование

Процесс проводят при 550…600 в атмосфере аммиака.

Особенности:

• требуются специальные стали, содержащие ЛЭ (Сr, V, W, Mo…) образующие с азотом нитриды: 40Х, 40ХФ, 38Х2МЮА

• тонкий слой азотирования

• длительный процесс

3. Нитроцементация

• низкотемпературная НТ – аналогична N, t < 550…600

• ВНЦ, при t > A3

«+»: ускоренный процесс, меньше деформация коробления.

Конструкционные стали:

• углеродистые

1. низкоуглеродистые (C < 0.3%)

2. средне-(C = 0.3…0.6%)

3. высоко-(C > 0.6%)

• легированные

1. низколегированные ЛЭ < 5%

2. средне- ЛЭ < 10%

3. высоко- ЛЭ > 10%

По качеству и количеству примесей:

	S, P не более %
Обыкновенного качества	0.055	0.045
Качественные	0.04	0.035
Высококачественные	0.025	0.025
Особовысококачественные	0.015	0.025

По степени раскисления:

1. Спокойные – СП (раскислене Mn, Si, Al)

2. Полуспокойные – ПС

3. Кипящие – КП (раскисление только Mn)

По структуре:

1. Перлитные: углеродистые и низколегированные

2. Маренситные: средне- и высоколегированные.

3. Аустенитные: с повышенным процентом Ni, Mn, Cr. у них интервал Mn – Mk, лежит в отрицательной области.

4. Ферритные: с повышенным процентом Cr или Si; имеют устойчивую ферритную структуру.

По прочности:

1. нормальной  < 1000 Мпа

2. повышенной  = 1000…1500 Мпа

3. высокопрочные  > 1500 Мпа

Углеродистые стали обыкновенного качества:

Ст. 0	СП, ПС, КП	С<0.23	Металлоконструкции (фермы мостов, и т. д.) – где важна жесткость, которая обеспечивает констр. и технологичность. Ст. 3 – слабонагруженные детали
Ст. 1	СП, ПС, КП	С=0.06..0.12
Ст. 2	СП, ПС, КП	С=0.09..0.15
Ст. 3	СП, ПС, КП	С=0.14..0.22
Ст. 4	СП, ПС, КП	………………..
Ст. 5	СП, ПС	………………..	Детали грузоподъемных машин, где нет ограничений по массе.
Ст. 6	СП, ПС	С=0.38..0.49

Углеродистые качественные стали:

Ст. 08	ПС, КП	количество С – в сотых долях процентов.	малопрочные, высокопластичные. Шайбы, гайки, прокладки.
Ст. 10	ПС, КП
Ст. 15	ПС, КП		Цементируемые. Кулачки, толкатели, шестерни.
Ст. 20	ПС, КП
Ст. 25
Ст. 30			Улучшение, нормализация, закалка. Шатуны, валы, оси.
Ст. 35
Ст. 40
Ст. 55

Х – хром; Н — никель; Г — марганец; С — кремний; М — молибден; В — вольфрам; Т — титан; Ф — ванадий; Ю — алюминий; Д — медь; Б — ниобий; Р — бор; К — кобальт;

Легированные конструкционные стали:
Низкоуглеродистые стали:
15Х – перлитный класс – дешевые		Используются в состоянии наибольшего упрочнения, т. е. после закалки и низкого отпуска со структурой бейнита.	Цементуемые детали.
25ХГМ – перлитный класс – дешевые
30ХГТ – перлитный класс
20ХН3А – перлитный класс
12Х2Н4А – перлитный класс – повыш. прочн.
18Х2Н4МА
Среднеуглеродистые стали:
40Х	Высокие механические свойства, после термического улучшения – закалки и высокого отпуска на структуру сорбита.			Работают не только в условиях статических, но и циклических нагрузок Валы, штоки, шатуны.
40ХГТР
30ХГСА
38Х2МЮА
Высокопрочные легированные стали:
30ХГСНА	Большое содержание С. Большое количество легирующих добавок				Самолетостроение
40ХГСН3ВА

А – автоматные, С – свинец, Е – селен, Ц – кальций, А, АС, АЦ, — среднее содержание С в сотых долях процента.

Материалы с хорошей обработкой резаньем:

Автоматные сернистые стали:	А11, А12, А20, А35, А40Г	крепежные, малонагруженные детали
Автоматные свинцово-содержащие стали	АС14, АС40, АС12ХН, АС30ХМ	детали двигателей
Автоматные кальцитосодержащие стали	АЦ20, АЦ30, АЦ40Х	термически упрочняемые детали

Медь – ГЦК, красноватого цвета, полиморфных превращений нет. Легирующие элементы: Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag. Не растворимые: Pb, Bi.

«-»: высокая плотность, плохая обрабатываемость резаньем.

Л90	Деформируемые	Томпак
Л68
ЛА77-2	Литейные
ЛАН59-3-2
ЛЖМц59-1-1
ЛС59-1
ЛК80-3		Арматура
ЛО70		морские латуни

Al, Fe, Ni, Sn, Si – легирующие элементы, повышающие корроз. стойкость

Деформируемые бронзы:
БрО6,5 – 1,5	Оловянные бронзы		Антифрикционные материалы, с хорошей обрабатываемостью резаньем. Водная арматура.
БрОЦ4 – 3
БрОЦС4 – 4 – 2,5
БрКН1-3	Кремнистая бронза – упругие св-ва.		прутки, проволока
БрАЖН10-4-4	Алюминиевая бронза		клапана, детали работающие на износ, втулки
Литейные бронзы:
БрО3Ц7С5Н1		Оловянные бронзы		Пружины
БрО10Ф1

Подшипниковые стали:

ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС, ШХ20ГС —

Ш – подшипниковая, Х – хром, СГ – легирование кремнием и марганцем; Ш – электрошлаковый переплав.

Крупногабаритные подшипники – 12ХН3А, 12Х2Н4А + цементация.

В условиях коррозии – 95Х18

Стали для зубчатых колес:

18ХГТ, 30ХГТ, 12Х2Н4А, 20Х3МВФА

Антифрикционные материалы:

Баббиты:	Мягкие, на основе олова или свинца. Очень хороши по антифрикц. св-вам., но имеют малый предел сопр. усталости.	Подшипники отв. Назначения
Б83 – оловянная
БК2 – свинцово-кальциевая
Бронзы:		Монолитные подшипники скольжения
БрО10Ф1; БрС30;
Алюминиевый сплав: А09 — 2		Опоры трения приборов
Пластмассы:		Подшипники станов, гребных винтов.
Капрон
Текстолит

Материалы малой плотности:

		удельная	E	Удельная
Mg	430	21	0.45	2300
Al	700	23	0.71	2400
Ti	1500	30	1.12	2600
Be	660	37	3.10	16100

Алюминиевые сплавы: — ГЦК, нет полиморфных превращений, малая плотность, хорошая пластичность и корроз. стойкость.

особой чистоты – А999; высокой чистоты – А995, А99, А95; технической чистоты – А85, А8.

1. Деформируемые, не упрочняемые ТО. (Al — Mn) – АМц, АМr2

2. Деформируемые, упрочняемые ТО. (Al – Cu – Mg – дюрали) – Д1, Д16, Д18

3. Литые (Al – Si — силумины) – АК6, АК8

Литейные алюминиевые сплавы: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ32

Магниевые сплавы – Mn — серебристо-белого цвета, ГПУ, нет полиморфных превращений, низкая плотность, хорошая обрабатываемость резаньем, гасит вибрац. нагрузки. Высокая удельная прочность.

Mn96 (99.96%), Mn95 (99.95%), Mn90 (99.90%). Примеси Fe, Cu, Ni – понижают пластичность.

1. Деформируемые: МА5, МА11, МА14, МА19

2. Литейные: МЛ5, МЛ8, МЛ10

Титановые сплавы:

Титан – серый цвет, две полиморфные модификации (Ti_ — до 882 – ГПУ; Ti_ — ОЦК, 900), хорошие механические свойства, малая плотность, коррозионная стойкость. Механические св-ва зависят от примесей: О, Н, N, С (они повышают твердость, но уменьшают пластичность). Титановые сплавы в основном подвергают: отжигу, закалке и старению, ХТО.

ВТ5	+ Al
ВТ5 – 1	+ Al + Sn + Zr
ОТ4 – 1	+ Mn + V + Nb + Mo
ОТ4
ВТ20
ВТ6
ВТ22

Анизотропия – неодинаковость св-в по различным направлениям

Кристаллографическое направление – луч проведенный из начала координат, его индексами координат ближайшей частицы, через которую будет проведен луч [110].

Кристаллографическое плоскости – обозн. индексами (hkl), обратные единичным отрезкам m, n, p, которые они отсекают на координатных осях (111).

Полиморфизм – способность элемента при изменении внешних условий, существовать в различных кристаллических формах. Такие формы называются – аллотропическими модификациями. Наиболее выражен у Ме кристаллов.

Сплав – сложный материал, состоящий из нескольких компонентов.

Фаза – однородная часть сплава, имеющая границы раздела, в пределах которых химический состав, строение и свойства постоянны.

Фазы:

ТвёрдыйРаствор – без изменения кристаллической решетки (либо А, либо Б)

ПромежуточнаяФаза – с образованием какой-либо промежуточной КР.

Дефект – любое нарушение регулярности структуры.

Деформация – изменение формы и размеров ТТ под действием внешних усилий.

РО – термическая обработка, состоящая в нагреве Ме, выжержке и последующем медленном охлаждении.

Равновесной наз., устойчивая во времени и определенном интервале температур, структура.

линия Ликвидус — геометрическое место точек определяющих температуру начала первичной кристаллизации.

линия Солидус — геометрическое место точек определяющих температуру окончания первичной кристаллизации.

Правило концентраций:

для определения концентраций фаз, необходимо через заданную точку провести горизонталь до персечения с линиями ДС. Проекции точек пересечения на линию концентраций состав фаз.

Правило отрезков:

количественное соотношение между фазами обратно пропорционально отрезкам горизонтали, между точкой, определяющей положение сплава, и точками (а,с), определяющими составы фаз.

 и  — аустенит – Fe_(C) (ГЦК) – твердый раствор внедрения С в Fe_, мягкая пластичная фаза но более прочная, чем феррит. HB-160…200

Шпоры по материаловедению — Стр 2

Fe3C – цементит – промежуточная фаза, имеющая сложную ромбоэдрическую структуру; твердая, но хрупкая фаза. НВ-800…1500

феррит – близок по составу к чистому железу.

TO – тепловое воздействие для целенаправленного изменения структуры и свойств сплавов.

Мартенсит – пересышенный твердый раствор углерода в альфа железе, полученный при полиморфном превращении

Закаливаемость сталей – способность увеличивать твердость при закалке.

Прокаливаемость – толщина слоя, закаленного на М.

КП (конструкционная прочность) – комплексная характеристика, включающая критерии: прочности (сопротивление материалов пластич. деформациям), жесткости (сопротивление материала нарастанию упругой деформации), надежности (вероятность отсутствия внезапных разрушений), долговечности.