Типы кристалических включений

СОДЕРЖАНИЕ

   Линейные дефекты кристаллической решетки металла.                                         3

   Схема стального слитка.                                                                                            5

   Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов                7

   Влияние  отжига на наклеп.                                                                                    9

   Работа  по диаграмме состояния системы.                                                               10

   Твердые  растворы вычитания.                                                                                  15

   Работа  по диаграмме состояния системы  железо-цементит                               16

   Список  использованных источников                                                                      21

 

ВОПРОС 1

Линейные дефекты кристаллической решетки металла

    Кристаллическая  решетка, в которой отсутствуют  нарушения сплошности и все  узлы заполнены однородными атомами называется идеальной кристаллической решеткой металла.

  В решетке  реального металла могут находиться  различные дефекты. Все дефекты  кристаллической решетки принято  делить на точечные, линейные, поверхностные  и объемные.

    Линейные  дефекты имеют длину, значительно превышающую их поперечные размеры. К ним относятся дислокации, т. е. дефекты, образующиеся в решетке в результате смещений кристаллографических плоскостей.

   Дислокации  бывают двух видов.

 

Рис. 1.Краевая  дислокация.

    Наиболее  характерной является краевая дислокация Она образуется в результате возникновения в решетке так называемой полуплоскости или экстраплоскости. Нижний ряд экстраплоскости собственно и принято называть дислокацией.

    Другим  типом дислокации является винтовая  дислокация, которая представляет собой некоторую условную ось внутри кристалла, вокруг которой закручены атомные плоскости .

 

Рис.2.Винтовая дислокация.

    В  винтовой дислокации, так же как  в краевой, существенные искажения  кристаллической решетки наблюдаются только вблизи оси, поэтому такой дефект может быть отнесен к линейным.

    Дислокации  обладают высокой подвижностью, поэтому существенно уменьшают  прочность металла, так как  облегчают образование сдвигов  в зернах-кристаллитах под действием  приложенных напряжений.

    Дислокационный  механизм сдвиговой пластической  деформации внутри кристаллов  может привести к разрушению  изделия. Таким образом, дислокации  непосредственно влияют на прочностные  характеристики металла. 

   Для оценки  этого влияния используется плотность дислокаций, под которой принято понимать отношение суммарной длины дислокаций к объему содержащего их металла. Плотности дислокаций измеряется в см^-2  или м^-2.

   При увеличении  количества дислокаций прочность  резко снижается, так как на  несколько порядков уменьшаются усилия, необходимые для осуществления сдвигов в зернах металла при его деформировании и разрушении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОПРОС 2

Схема стального  слитка.

Рис. 3. Схема  стального слитка.

Слиток состоит  из трех зон:

1-мелкокристаллическая корковая зона;

2-зона столбчатых кристаллов;

3-внутренняя зона крупных равноосных кристаллов.

    Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения. Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации. Образуется мелкозернистая структура.

    Жидкий металл под корковой зоной находится в условиях меньшего переохлаждения. Число центров ограничено и процесс кристаллизации реализуется за счет их интенсивного роста до большого размера.

    Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты (рис. 4). Растут дендриты с направлением, наиболее благоприятно ориентированных по отношению к теплоотводу.

Рис.4. Схема дендрита по Чернову Д.К.

    Так как теплоотвод от незакристаллизовавшегося металла в середине слитка в разные стороны выравнивается, то в центральной зоне образуются крупные дендриты со случайной ориентацией.

    Зоны столбчатых кристаллов в процессе кристаллизации стыкуются, это явление называется транскристаллизацией.

    Для малопластичных металлов и для сталей это явление нежелательное, так как при последующей прокатке, ковке могут образовываться трещины в зоне стыка.

    В верхней части слитка образуется усадочная раковина, которая подлежит отрезке и переплавке, так как металл более рыхлый (около 15…20 % от длины слитка)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОПРОС 3

    Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов при холодном деформировании

    При пластической деформации металлов и сплавов структура их значительно изменяется. Если исходный металл имеет зерна различной формы и ориентировки, то при деформации наблюдается переориентировки отдельных зерен, затем они вытягиваются в направлении деформирования, образуя волокнистую структуру. Смещения и повороты одних зерен относительно других приводят к межкристаллитной деформации и формированию металлографической текстуры. Образование текстуры сопровождается появлением анизотропии механических и физических свойств металла.

    Наклепанный металл запасает 5 - 10 % энергии, затраченной на деформирование. Запасенная энергия тратится на образование дефектов решетки и на упругие искажения решетки. Свойства наклепанного металла изменяются тем сильнее, чем больше степень деформации.

    При деформировании увеличиваются прочностные характеристики и понижаются пластичность и ударная вязкость. Металлы интенсивно наклёпываются в начальной стадии деформирования, затем при возрастании деформации механические свойства изменяются незначительно. С увеличением степени деформаций предел текучести растет быстрее временного сопротивления. Обе характеристики у сильно наклепанных металлов сравниваются, а удлинение становится равным нулю. Такое состояние наклепанного металла является предельным; при попытке продолжить деформирование металл разрушается. Путем наклепа твердость и временное сопротивление удастся повысить в 1,5-3 раза, а предел текучести в 3 - 7 раз. Металлы с ГЦК решеткой упрочняются сильнее металлов с ОЦК решеткой. Среди сплавов с ГЦК решеткой сильнее упрочняются те, у которых энергия дефектов упаковки минимальна (например, интенсивно наклёпываются аустенитная сталь, никель, а алюминий упрочняется незначительно).

Из-за неоднородности деформации в объеме металла различны изменения плотности, что служит причиной появления остаточных напряжений как растягивающих, так и сжимающих.

С увеличением  деформации повышается удельное электросопротивление (максимально на 6 %), а у ферромагнетиков, к которым относится большинство  сталей, понижаются магнитная проницаемость и остаточная индукция, возрастает коэрцитивная сила.

Наклеп понижает плотность металла из-за нарушения  порядка в размещении атомов при  увеличении плотности дефектов и  образовании микропор. Уменьшение плотности  используют для увеличения долговечности деталей, которые при эксплуатации подвержены переменным нагрузкам. С этой целью применяют поверхностное пластическое деформирование детали с помощью обдувки дробью или обработки специальным инструментом. Наклепанный слой стремится расшириться, встречая сопротивление со стороны ненаклепанных участков детали. В результате в этом слое возникнут напряжения сжатия, а под ним, па большем расстоянии от поверхности, появятся напряжения растяжения. Сжимающие напряжения в поверхностном слое замедляют зарождение усталостной трещины и тем самым увеличивают долговечность деталей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОПРОС  4

    Плоский алюминевый образец подвергся пластической холодной деформации. Холодная деформация — обработка металла давлением, осуществляемая при комнатной или незначительно отличающейся от неё температуре ,характеризуется изменением формы отдельно взятого зерна, зерна вытягиваются в направлении течения металла, образуя волокнистую структуру. При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-механических свойств металла, по мере увеличения степени деформации возрастают характеристики прочности, а характеристики пластичности снижаются.

    После деформации образец подвергли рекрестализационному отжигу. Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве деформированного сплава до температур выше температуры окончания первичной рекристаллизации, применяется для снятия наклепа и получения мелкого зерна. Это происходит потому что, при температуре первичной рекрестализации в деформированном металле образуются и растут зародыши новых зерен с неискаженной решеткой .Зародыши новых зерен возникают в участках с повышенной плотностью ,где сосредоточены наибольшие искажения решетки, т.е. у границ деформированных зерен или плоскостей сдвига внутри зерна ,затем они растут за счет перехода к ним атомов от деформированных участков.

    Если исследовать структуру образца после отжига ,то получится следующие :чем ближе расстояние к месту изгиба тем мельче зерно. Величина рекристаллизованного зерна зависит от температуры отжига, его продолжительности, степени предшествующей деформации, а также от химического состава, первичного размера зерна и наличия нерастворимых примесей.

Рис.5.Диаграммы  зависимости роста рекрестализовонного  зерна от температуры ,времени, и  степени деформации.

 

 

 

 

ВОПРОС 5

    Описание  фазных превращений в сплаве  состава 65% В - 35% А  при медленном  охлаждении изображенном на рисунке  6.

Рис.6 Диаграмма состояния системы .

     При  медленном охлаждении сплав  65% В  и  35% А проходит следующие  превращения .Ниже температуры соответствующей точке О₁ на линии ликвидуса АОЕ происходит выделение δ- твердого раствора из жидкой фазы. Эта реакция будет продолжаться вплоть до температуры t₂.

      Линия ОД является линией перитектического  превращения. На этой линии,  а точнее несколько ниже нее  жидкая фаза состава точки  О взаимодействует с δ- твердым  раствором состава точки Д  в результате чего образуется γ- твердый раствор состава точки В.

L_О+δ_Д=γ_В

    Полная кристаллизация сплава пройдет при температуре ниже точки О₅, то есть вся жидкая фаза перейдет в γ- твердый раствор.

   При последующем  охлаждении от точки О₅ до точки О₇ в сплаве 65% В и 35% А не происходит никаких изменений. Сплав остается однофазным. В точке О₇ на линии СN,  γ-раствор становится предельно насыщенным компонентом А и потому, начиная с этой температуры, при дальнейшем охлаждении из γ-раствора должен выделиться избыток компонента А.Фактически при охлаждении сплава ниже точки О₇ из γ-раствора выделяется β-раствор с концентрацией компонентов, определяемых линией FG. Таким образом ниже точки О₇ сплав становится двухфазным.

γ=γ_N+β_G

При понижении  температуры в интервале от О₇ до О₉ будет происходить изменение химического состава твердых растворов по соответствующим линиям диаграммы- FG-для β и СE для γ в связи с уменьшением растворимости компонентов. При температуре в точке О₉ сплав будет испытывать распад β-раствора с образованием смеси α и γ по реакции.

γ_N+β_G=α_Р+ γ_N

    Все  реагирующие фазы являются твердыми. Такое превращение называется  эвтектоидным, суть его - из одной  твердой фазы получаются две  другие твердые.

    Окончательно охлажденный сплав будет состоять из смеси двух твердых растворов : α_Р и γ_N в количествах, определяемых правилом рычага.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А) Определение  химического состава фаз при  температурах t₁– t₈.

     t₁ - фаза одна жидкая, состав 65% В и 35% А.

     t₂ - фазы две:

- жидкая - 57% В   и  43% А

- δ- твердый раствор - 94% В  и  6% А

     t ₃ – фазы три:

- жидкая- 52% В   и  48% А

- δ- твердый  раствор - 92% В  и  8% А

- γ- твердый  раствор - 80% В  и  20% А 

     t ₄ – две фазы:

- жидкая- 45% В   и  55% А

- γ- твердый  раствор - 72% В и 28% А

     t ₅ – одна фаза γ- твердый раствор - 65% В  и  35% А

     t ₆ – две фазы:

- β-твердый раствор  - 19% В и 81% А

- γ- твердый  раствор - 73% В и 27% А

     t ₇ – три фазы:

- α-твердый раствор  - 13% В  и  87% А

- β-твердый  раствор - 18% В  и  82% А

- γ -твердый  раствор - 75% В  и  25% А

     t ₈ – две фазы:

- α-твердый раствор  - 4% В  и  96% А

- γ -твердый  раствор - 79% В  и  21% А.

 

 

 

 

      Б)Определение числа степеней  свободы при перитектическом  превращении в интервале температур t₇– 0.

C=k-f+1,

- где k=2, а f – количество фаз.