Свойства, строение и применение деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой

Хотя диаграммы изотермического превращения аустенита дают много сведений о характере превращений, на практике изотермичность превращения достигается далеко не всегда. [7, с.235]

Для полной информации о  превращении аустенита той или  иной марки стали необходимы как  диаграммы изотермического превращения  аустенита, так и анизотермического превращения, а также ряд дополнительных сведений: марка и состав стали, температура нагрева, размер зерна аустенита, а также свойства (хотя бы твёрдость) продуктов распада и соотношение структурных составляющих.

 При больших степенях переохлаждения возрастает термодинамическая неустойчивость аустенита, а скорость диффузии углерода резко падает. При переохлаждении аустенита в эвтектоидной стали до 240 °С подвижность атомов углерода близка к нулю и происходит бездиффузионное превращение аустенита. При этом меняется лишь тип решетки, а весь углерод, ранее растворенный в решетке аустенита, остается в решетке феррита несмотря на то, что равновесная концентрация углерода в феррите не превышает 0,006 % при комнатной температуре. В результате образуется пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α-железе, который называется мартенситом. Из-за пересыщенности углеродом решетка мартенсита сильно искажена и вместо кубической приобретает тетрагональную форму, в которой отношение периодов решетки существенно отличается от единицы. Чем больше углерода, тем выше степень тетрагональности мартенсита (рисунок 1).

Рисунок 1 – Тетрагональная кристаллическая ячейка

 

 

 

 

 

 

Мартенсит имеет высокую  хрупкость и твердость (до 65 НRC_Э). Высокая твердость мартенсита обусловлена искажениями кристаллической решетки и соответственно большими внутренними напряжениями, определяемыми растворенным углеродом, а также возникновением фазового наклепа вследствие увеличения объема при превращении аустенита в мартенсит, в результате чего плотность дислокации в мартенсите достигает уровня плотности дислокации холоднодеформируемой стали и равняется 10¹⁰–10¹² см^–2.

Скорость образования  кристаллов мартенсита очень велика и достигает 1000 м/с. Пластины мартенсита растут до границы аустенитного зерна  либо до имеющегося в стали дефекта. Последующие пластины мартенсита, расположенные под углом к первым (60°, 120°), ограничены их размерами.

Высокая скорость образования  кристаллов мартенсита при низкой температуре протекания превращения объясняется тем, что имеет место непрерывный переход от кристаллической решетки аустенита к решетке мартенсита.

При практически мгновенном (скорость в 3 раза больше скорости звука) переходе атомы смещаются упорядоченно, строго ориентированно на расстояния, меньшие межатомных. При этом сохраняется общая сопрягающаяся плоскость решеток – так называемая когерентная связь. Когерентное превращение обусловливает перемещение атомов только на близкие расстояния при переходе атомов из одной решетки в другую. Поэтому кристаллическая решетка новой фазы мартенсита закономерно ориентирована относительно исходной фазы – аустенита. Из-за когерентного сопряжения решеток и различия удельных объемов фаз (аустенита и мартенсита) мартенситное превращение приводит к возникновению больших внутренних напряжений.

Мартенситное превращение  идет в интервале температур начала и конца мартенситного превращения М_н и М_к. Для эвтектоидной стали оно начинается при 240 и заканчивается при –50 °С. Однако при этой температуре в стали сохраняется еще некоторое количество непревращенного, так называемого «остаточного аустенита». Охлаждение ниже температуры М_к не приводит к его окончательному распаду. Положение точек М_н и M_к не зависит от скорости охлаждения, но зависит от содержания углерода в стали (рисунок 2). Все легирующие элементы, растворенные в аустените, за исключением кобальта и алюминия, понижают точки М_н и М_к.

Мартенситное превращение  очень чувствительно к напряжению, а деформация аустенита может вызвать превращения даже при температурах выше М_н (образуется мартенсит деформации).

Кристаллы в зависимости от состава сплава, а следовательно в зависимости от температуры своего образования, могут иметь различную морфологию и субструктуру. Различают два вида мартенсита: пластинчатый (игольчатый) и пакетный (реечный) (рисунок 3).

Пластинчатый мартенсит  образуется в высокоуглеродистых сталях, имеющих низкие значения М_н и М_к. В этом случае кристаллы мартенсита в средней зоне содержат большое число микродвойников, образующих зону повышенной травимости, называемой мидрибом (рисунок 3, а). Сами кристаллы мартенсита в этом случае представляют собой широкие пластины, которые в плоскости шлифа имеют вид игл. [5, с.435]

Пакетный (реечный) мартенсит  характерен для низко- и среднеуглеродистых, а также конструкционных легированных сталей. В этом случае кристаллы мартенсита имеют форму тонких реек, вытянутых в одном направлении (рисунок 3, б) и объединенных в пакеты. Тонкая структура пакетного (реечного) мартенсита представляет собой запутанные дислокации высокой плотности при полном отсутствии двойников.

Рисунок 2 – Влияние  содержания углерода в стали на температуру начала Мн и конца Mк мартенситного превращения	Рисунок 3 – Схема образования пластинчатого  (игольчатого) (а) и пакетного (реечного)   (б) мартенсита

В легированных сталях внутри мартенситных пакетов между кристаллами мартенсита, как правило, присутствуют прослойки остаточного аустенита (рисунок 3, б).

Размеры кристаллов любой  морфология мартенсита определяются величиной исходного зерна аустенита. Они тем крупнее, чем больше зерно аустенита. Первая пластина мартенсита имеет протяженность, соответствующую поперечному размеру зерна аустенита. Кристаллы, образующиеся при более низких температурах, имеют уже меньшую протяженность (рисунок 3, а).

Если эвтектоидную сталь  охладить только до комнатной температуры, то в структуре кроме мартенсита будет присутствовать некоторое количество остаточного аустенита. Наличие остаточного аустенита нежелательно, так как это приводит к неоднородности свойств по сечению и изменению размеров деталей. Последнее обстоятельство объясняется тем, что мартенсит имеет наибольший удельный объем по сравнению с другими структурами, а аустенит – наименьший. Поэтому при переходе от аустенитной структуры к мартенситной объем и размеры деталей увеличиваются. К особенностям мартенситного превращения относится то, что оно происходит только при непрерывном охлаждении. Задержка охлаждения при температуре выше температуры конца мартенситного превращения приводит к стабилизации аустенита. Аустенит становится более устойчивым. При последующем охлаждении его превращение затруднено и протекает с меньшей интенсивностью и полнотой. Эффект стабилизации аустенита зависит от температуры остановки при охлаждении.

Таким образом, особенностями  мартенситного превращения являются его бездиффузионный характер, ориентированность кристаллов и образование при непрерывном охлаждении в интервале температур М_н–М_к.

Характерной чертой мартенсита является его высокая твердость  и прочность, значения которых возрастают с увеличением содержания углерода в мартенсите. Временное сопротивление низкоуглеродистого мартенсита (0,025 % С) составляет 1000 МПа, а мартенсит с содержанием 0,6-0,7 % С имеет временное сопротивление 2 600-2 700 МПа. Однако с повышением в мартенсите содержания углерода возрастает и его склонность к хрупкому разрушению. Мартенсит, содержащий более 0,35-0,4 % С, имеет низкое сопротивление зарождению и распространению трещины, а также низкие значения вязкости разрушения K_Iс.

Увеличение удельного  объема при образовании мартенсита является одной из основных причин возникновения при закалке больших внутренних напряжений, вызывающих деформацию и коробление изделий, а также появление закалочных трещин. [6, с.305]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ОПИШИТЕ СВОЙСТВА И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОН-

НЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ  СМОЛ

 

 

В зависимости от свойств  исходного сырья, способа производства и назначения смолы поставляются промышленностью в виде вязких жидкостей, порошков или гранул. В связи с особенностями их преимущественного применения смолы могут быть условно подразделены на следующие группы: смолы, применяемые на заводах для изготовления материалов, поставляемых на строительство в готовом к употреблению виде, например рулонные и листовые оклеечные материалы, лакокрасочные материалы и т.п.; смолы, применяемые для приготовления составов на месте производства работ или на предприятиях производственной базы строительства.

Синтетические смолы придают электроизоляционным материалам необходимые качественные характеристики.

Электрические свойства. Как известно, электропроводность электроизоляционных материалов в отличие от проводников определена движением ионов под действием электрического поля, а не электронов.

Электроизоляционные материалы обладают очень слабой электропроводностью. Обусловленный этой электропроводностью ток именуется током утечки.

Ток может протекать  как через весь объем диэлектрика, так и через его поверхность. Отсюда и различие в нём: объемный и поверхностный токи утечки. Главным определением диэлектрика является объемное удельное электрическое сопротивление. Электрическая прочность – это равная напряжению величина, при которой может быть пробит электроизоляционный материал толщиной в единицу длины.

Физико-химические свойства. Изменением состояния диэлектриков характеризуются их физико-химические свойства в момент охлаждения или нагревания, под действием химически активных веществ, влаги, нагрузок механическим путём и т.п. При работе электроустановок чрезмерное нагревание электроизоляционного материала может привести к нежелательным, а подчас к аварийным последствиям. Этим может быть вызвано короткое замыкание, хуже поражение электрическим током людей, огненное пламя, пожар. Отчего и предъявляются к диэлектрикам жёсткие требования, касающиеся их нагревостойкости.

Понятие нагревостойкость говорит само за себя. В целом  – это возможность диэлектрика продолжительное время переносить без заметного изменения свойственных ему электроизоляционных качеств заданную рабочую температуру.

К появлению трещин у  диэлектриков, потере их эластичности и т.п., приводит охлаждение. Отчего любой материал определяется холодостойкостью – это когда диэлектрик способен при охлаждении сохранять свои основные свойства. Как это понятно многие различного типа электроустановки несут свой «долг» на открытом воздухе. Так же применяются в целях защиты от коррозии металлических проводников.

Электроизоляционные материалы широко применяются и при строительных, и при ремонтных работах, проводимых как для жилых, так и для производственных зданий и помещений. Синтетические смолы широко применяются при изготовлении гидроизоляционных материалов и составов в качестве вяжущих. [2, с.115]

 

 

 

 

 

                         

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Характерная черта современных технологий то, что в них большой удельный вес приходится на научные исследования, в том числе фундаментальные, и эти исследования все быстрее и более короткими путями включаются в практику.

В мировом сообществе происходит кардинальный пересмотр стратегии научно-технического развития. Там возобладало отношение к технологии как к началу начал современной научно-технической революции. Оно еще более окрепло в период энергетического кризиса, когда на первый план вышла стратегическая задача создания и широкого применения ресурсосберегающих технологий. Преимущество технологического подхода к научно-техническому развитию производства и социальной сферы, как свидетельствует практика развитых стран, характеризуется комплексностью и ориентацией на конечный результат. Такой подход существенно меняет организацию производства и сферы обслуживания. [1, с.201]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

 

 

1. Беляев А.И. Физико-химические основы очистки металлов и полупроводниковых материалов. – М.: Металлургия, 1973. – 224 с.
2. Глазов В.М., Земсков В.С. Физико-химические основы легирования полупроводников. – М.: Наука, 1967. – 371 с.
3. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и металловедение. – М.: Металлургия, 1973. – 496 с.
4. Левицкий Ю. Т. Макроскопические дефекты кристаллической структуры и свойства материалов. – М.: Наука, 1988. – 200 с.
5. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. – М.: Мир, 1977. – 562 с.
6. Нисельсон Л. А., Ярошевский А. Г. Межфазовые коэффициенты распределения. Равновесия кристалл-жидкость и кристалл-пар. – М.: Наука, 1992. – 390 с.
7. Фистуль В.И. Физика и химия твердого тела. Т.2. – М.: Металлургия, 1995. – 320 с.
8. Уфимцев В. Б., Лобанов А. А. Гетерогенные равновесия в технологии полупроводниковых материалов. – М.: Металлургия, 1981. – 216 с.