Сущность явления дендритной ликвации

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задание 1 3
2. Задание 2 6
3. Задание 3 8
4. Задание 4 10
5. Задание 5 12
6. Задание 6 15
7. Задание 7 20
Список литературы 23


1. Задание 1
Объясните сущность явления дендритной ликвации и методы ее устранения.
Ответ:
Ликвация – это химическая неоднородность, возникающая в сплаве в процессе кристаллизации. Ликвация, проявляющаяся в объеме отдельных зерен (кристаллитов, дендритов), называется внутрикристаллической или дендритной ликвацией. Если химическая неоднородность наблюдается в объеме всего слитка или отливки, то такая ликвация называется зональной ликвацией.
Ликвация любого вида является нежелательным процессом, т.к. ухудшает многие свойства (механические, коррозионную стойкость и др.) сплава как в состоянии полуфабриката, так и в готовом изделии.
Внутрикристаллическая (дендритная) ликвация обнаруживается в зернах кристаллических фаз переменного состава, т.е. в зернах твердых растворов. Известно, что такие фазы являются наиболее распространенными во многих важных в технике сплавах (рис. 1).

Рис. 1. Дендритная ликвация

Как видно из рис. 1 дендритная ликвация происходит в пределах отдельных кристалликов как результат разной растворимости того или иного элемента в твёрдой фазе. Дендрит имеет древовидное строение, при котором отчетливо видны оси дендритов и междендритное пространство. При дендритной ликвации содержание элементов в теле дендрита и междендритном пространстве различное.
Общеизвестно, что при кристаллизации сплавов с образованием твердого раствора химический состав кристаллов неодинаков с химическим составом жидкой фазы. Кристаллизация сплава происходит в интервале температур, и при этом химический состав обеих фаз переменен.
Механизм кристаллизации при этом диффузионный, избирательный. Изменение составов жидкой и твердой фаз осуществляется за счет диффузионных процессов. При очень медленном охлаждении, что будет наибольшим приближением к равновесному процессу кристаллизации, состав кристаллов твердого раствора только в последний момент станет соответствовать исходному составу сплава. При этом каждое зерно твердого раствора по своему объему химически неоднородно. Такое отсутствие внутрикристаллической ликвации обусловлено достаточно полным протеканием диффузии атомов компонентов в решетке твердого раствора в процессе кристаллизации. В реальных условиях производства сплавов слитки (отливки) наиболее часто охлаждаются ускоренно. Тогда диффузионные процессы в твердом растворе не успевают выравнивать кристаллизацию компонентов по объему растущих зерен в соответствии с равновесной линией солидуса диаграммы состояния системы, и химический состав кристаллов оказывается по сечению неоднородным.
Поскольку кристаллизация сплава происходит путем образования дендритов, и они имели химическую неоднородность, то зерна твердого раствора, возникшие на их основе, также окажутся неоднородными по составу.
Центральные оси дендритов (зерна), кристаллизующиеся в первую очередь, будут содержать меди меньше, чем оси дендритов более высоких порядков и междуосные объемы, кристаллизующие позднее. Распределение второго, более тугоплавкого компонента Ni будет обратным, а именно: сердцевина дендритов и тем самым центральные участки зерен оказываются более обогащенными им по сравнению с периферийными участками.
Сплав с внутрикристаллической ликвацией имеет пониженную пластичность и низкую стойкость против коррозии. Микроучастки сплава разного состава при обработке давлением в горячем состоянии (прокатка, прессование и др.) располагаются слоями, отчего возникает строчечная структура, обладающая, как известно, заметной анизотропией свойств.
Внутрикристаллическая ликвация будет проявляться тем сильнее, чем больше различаются химические составы жидкой и твердой фаз, т. е. чем больше расстояние до горизонтали между линиями ликвидуса и солидус диаграммы состояния системы.
Естественно, что степень развития внутрикристаллической ликвации также сильно зависит от скорости охлаждения. Увеличение скорости охлаждения повышает переохлаждение сплава в процессе его кристаллизации и замедляет диффузионные процессы, особенно в кристаллах твердого раствора. Следовательно, чем быстрее охлаждается сплав, тем более развита в нем внутрикристаллическая ликвация. Однако замечено, что в некоторых сплавах при очень высоких скоростях охлаждения внутрикристаллическая ликвация ослабляется. Это явление объясняется тем, что в этих условиях диффузионный (избирательный) механизм кристаллизации постепенно заменяется бездиффузионным, когда растущие кристаллы присоединяют к себе все атомы компонентов из жидкой фазы окружающей кристалл. Тогда химический состав кристаллов по всему своему объему оказывается равным химическому составу жидкой фазы и, следовательно, ликвация отсутствует.
Для уменьшения внутрикристаллической ликвации сплавы в виде слитков или отливок подвергают диффузионному отжигу (гомогенизации). Металл нагревают до возможно высокой температуры, чтобы только не допустить оплавления, и выдерживают длительное время. При этом в неоднородных по химическому составу зернах твердого раствора дополнительно развиваются процессы диффузии, в результате чего выравнивается их химический состав.

2. Задание 2
Какими стандартными характеристиками механических свойств оценивается пластичность металлов и сплавов? Как они определяются?
Ответ:
Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Поэтому при выборе материала для изготовления деталей машин и аппаратов необходимо, прежде всего, учитывать его механические свойства: прочность, упругость, пластичность, ударную вязкость, твердость и выносливость. Эти свойства определяются по результатам механических испытаний, при которых металлы подвергают воздействию внешних сил (нагрузок). Внешние силы могут быть статическими, динамическими или циклическими (повторно-переменными). Нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.
Напряжение − величина нагрузки, отнесенная к единице площади поперечного сечения испытуемого образца.
Деформация − изменение формы и размеров твердого тела под влиянием приложенных внешних сил. Различают деформации растяжения (сжатия), изгиба, кручения, среза. В действительности материал мо¬жет подвергаться одному или нескольким видам деформации одновременно.
Пластичность − способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь при этом. Характеризу¬ется относительным удлинением и относительным сужением.
Пластичность находится в прямой зависимости от химического состава материала. С повышением содержания углерода в стали пластичность падает. Большое влияние оказывают элементы, входящие в состав сплава как примеси. Олово, сурьма, свинец, сера не растворяются в металле и, располагаясь по границам зерен, ослабляют связи между ними. Температура плавления этих элементов низкая, при нагреве под горячую деформацию они плавятся, что приводит к потере пластичности.
Пластичность зависит от структурного состояния металла, особенно при горячей деформации. Неоднородность микроструктуры снижает пластичность. Однофазные сплавы, при прочих равных условиях, всегда пластичнее, чем двухфазные. Фазы имеют неодинаковые механические свойства, и деформация получается неравномерной. Мелкозернистые металлы пластичнее крупнозернистых. Металл слитков менее пластичен, чем металл прокатанной или кованой заготовки, так как литая структура имеет резкую неоднородность зерен, включения и другие дефекты.
Общая тенденция при испытании на пластичность методом растяжения (разрыва) одна: чем выше температура испытания образца металла или сплава, тем ниже характеристики прочности и выше характеристики пластичности. При достаточно высокой температуре пластичность может возрасти настолько, что становится возможной пластическая обработка металлов (прокатка, ковка и т. п.).
Стандартное испытание на разрыв одного стержневого образца пластичного материала продолжается довольно долго − несколько десятков минут. Соответствующая, относительно невысокая скорость деформирования оговорена стандартами. Дело в том, что ускоренные испытания дают повышенные характеристики прочности и пониженные характеристики пластичности. Чем меньше время испытания, тем упомянутые различия проявляются более отчетливо. Следует обращать внимание на то, что пластическое деформирование материала всегда сопровождается существенным тепловыделением. Поэтому образцы заметно нагреваются при «быстрых» испытаниях.
Испытания на разрывных машинах получили широкое распространение для конструкционных сталей, цветных металлов и их сплавов. Для испытания на растяжение применяют стандартные образцы. Машины для испытания снабжены прибором, записывающим диаграмму растяжения, т.е. изменение длины образца в зависимости от приложенной нагрузки. В испытании на растяжении определяются характеристики прочности (предел прочности, предел текучести) и характеристики пластичности.
К последним, как уже было сказано, относятся относительное удлинение, под которым понимают отношение приращения длины образца после разрыва к его первоначальной длине, выраженное в процентах:

и относительное сужение, под которым понимают изменение поперечного сечения до и после разрыва:
.
3 Задание 3
Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,2%С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
Ответ:
Сплав, содержащий 1,2%С называется инструментальной углеродистой заэвтектоидной сталью У12, ниже 727°С будет иметь перлитно-цементитную структуру.
Рис. 2 иллюстрирует охлаждение заэвтектоидной стали.
Основные фазы диаграммы:
– жидкость – жидкий раствор углерода в железе;
– аустенит – твердый раствор углерода в γ-железе;
– феррит – твердый раствор углерода в α-железе;
– цементит – химическое соединение железа и углерода Fе3С;
Выше точки 1 сплав находится в жидкой фазе (жидкий расплав углерода в железе, L), число степеней свободы – С = 2 – 1 + 1 = 2 (температура может изменяться). При температуре 15000С химический состав жидкой фазы 1,2%С.
Ниже т. 1 и выше т. 2 сплав имеет двухфазное состояние: жидкость и кристаллы аустенита (Ж → Ж + А, С = 2 – 2 + 1 = 1, температура может меняться). Состав кристаллов меняется по линии солидус JE, а жидкой фазы по линии ликвидус BC.
Ниже линии солидус т. 2 сплав находится в твердом состоянии и является однофазным (аустенит). При дальнейшем охлаждении (2 → 3) аустенит просто остывает, не меняя состав, при 9000С Аустенит = 1,2%С, количество 100%.
В т.3 из аустенита начинает кристаллизоваться вторичный цементит. По мере понижения температуры состав аустенита изменяется по линии ES. В т.4 (7270С) имеем цементит (6,67%С) и аустенит, содержаний 0,8% углерода, распадающийся на перлит (С = 2 – 3 + 1 = 0, температура не меняется до полного превращения, горизонт 4–4) по эвтектоидной реакции:
А0,8%  Ф0,02% + Ц6,67%

Рис. 2. Кривая охлаждения заэвтектоидной стали, 1,2% С.
Ниже 7270С структура перлит + вторичный цементит в виде сетки, рис.2, например, при 1000С состав фаз феррита 0,01%С, цементита 6,67%С, рис.3:

Рис. 3. Микроструктура заэвтектоидной стали

4 Задание 4
Как можно устранить крупнозернистую структуру в кованой стали 30? Используя диаграмму состояния железо-цементит, обоснуйте выбор режима термической обработки для исправления структуры. Опишите структурные превращения и характер изменения свойств.
Ответ:
Крупнозернистая структура, например, доэвтектоидной стали (рис. 4), получается при затвердевании вследствие свободного роста зерен (если охлаждение отливок медленное), а также в результате перегрева стали.

Рис. 4. Крупнозернистая структура доэвтектоидной Стали 30

Эта структура называется видманштетовой (по имени австрийского астронома А.Видманштеттена, открывшего в 1808 г. такую структуру на метеорном железе). Такая структура придает низкую прочность заготовке. Структура характерна тем, что включения феррита (светлые участки) и перлита (темные участки) располагаются в виде вытянутых пластин под различными углами друг к другу.
Для исправления крупнозернистой следует применить полный отжиг нашей доэвтектоидной стали. Температурный интервал полного отжига представлен на рис.5:

Рис. 5. Участок диаграммы Fe-Fe3C c нанесенным интервалом температур термической обработки:
І – полный отжиг; ІІ – нормализация.

При нагреве стали выше температуры Ас3 феррит превращается в аустенит. Это кристаллизационный процесс. Он происходит путем образования в начальной стадии мельчайших зародышей кристалликов аустенита и постепенного их роста по мере повышения температуры. Следовательно, если нагрев проводить лишь немного выше температуры Ас3 (всего на 30–50°С), то вновь образовавшиеся кристаллы аустенита остаются мелкими. В дальнейшем, при охлаждении ниже температуры Ас1 образуется однородная мелкозернистая структура ферритно-перлитного типа. При этом в пределах одного аустенитного зерна возникает несколько перлитных зерен, и поэтому перлит получается еще более мелкозернистым, чем аустенит, из которого он образовался.
Охлаждение при отжиге проводят с такой малой скоростью (порядка несколько градусов в минуту), чтобы аустенит распадался при небольшой степени переохлаждения. Так как превращение аустенита при отжиге полностью завершается при температурах значительно выше изгиба С-кривых, то отжигаемые изделия можно выдавать из печи на спокойный воздух при температурах 500–600ºC, если не опасны термические напряжения.

5 Задание 5
Укажите температуры, при которых производится процесс прочностного азотирования. Объясните, почему азотирование не производится при температурах ниже 500 и выше 700°С (используя диаграмму состояния железо-азот). Назовите марки сталей, применяемых для азотирования, и опишите полный цикл их термической и химико-термической обработки.
Ответ:
Азотирование – поверхностное насыщение стали азотом применяется, как и цементация, преимущественно для повышения поверхностной твердости, износостойкости деталей машин и механизмов.
Азотирование ведут путем нагрева заготовок в газовой среде аммиака, который под воздействием температур процесса разлагается и таким образом обеспечивает насыщение поверхности заготовок азотом.
Кроме того, азотирование обеспечивает повышение коррозионной стойкости материала, а также теплостойкость упрочненного поверхностного слоя. Характер упрочнения в результате азотирования принципиально иной по сравнению с цементацией. Высокая твердость и износостойкость слоя достигается при образовании сплошной зоны нитридов легирующих элементов, содержащихся в стали на внешней поверхности изделия.
Для повышения коррозионной стойкости азотированию подвергают углеродистые стали. Для повышения поверхностной твердости и износостойкости используют комплексно-легированные стали, содержащие хром, молибден, алюминий и другие компоненты, например 30ХМЮА, 38ХЮА, 34ХНМ и др. Азотированию подвергают наиболее ответственные детали: гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, шестерни, детали топливной аппаратуры.
Изделия после азотирования без дополнительной термической и механической обработки сразу подаются на сборку. Размеры изделий при азотировании не изменяются, поэтому азотированию подвергаются готовые детали без припусков на окончательную механическую обработку. В связи с этим свойства, которыми должна обладать сердцевина изделия, должны быть сформированы до азотирования. Поэтому заготовки для изготовления азотируемых деталей подвергают предварительной термической обработке (улучшению), включающей закалку и высокотемпературный отпуск. Режимы улучшения зависят от стали из которых изготавливается деталь.
Далее на неазотируемые участки наносят электролитическое покрытие оловом. Внутренние резьбы и отверстия защищают обмазками.
Детали укладывают равномерно в герметически закрытый муфель (реторту), который помещают в электропечь. В муфель из баллонов подается аммиак, который при нагревании разлагается, образуя атомарный азот.
Процесс азотирования продолжается 3…90 ч, а последующее медленное охлаждение печи с деталями – 4…5 ч. Глубина азотированного слоя (0,25…0,65 мм) зависит от температуры и времени выдержки. Азотирование проводится при нагреве деталей в атмосфере аммиака при температуре 500–700°С. Режим прочностного азотирования как правило проходит при температуре процесса 500–520 °С, длительность – 24-90 ч, получаемая толщина азотированного слоя достигает 0,3–0,6 мм при твердости НВ 700-800.

Рис. 6. Диаграмма Fe-N

В сплавах железа с азотом образуются следующие фазы, рис.6: α-фаза – твердый раствор азота в α-Fe ; γ-фаза – твердый раствор азота в γ-Fe (образуется при температурах выше эвтектоидной, составляющей 591°С); γ-фаза – твердый раствор на базе Fe4N (растворяет 5,7…6,1% N), ε-фаза – твердый раствор на базе Fe2-3N (растворяет 8,0…11,2 % N).
В случае азотирования при температуре ниже эвтектоидной диффузионный слой состоит из трех участков: ε + γ’ + α. Носителем твердости является нижний подслой α, в котором наблюдается выделение дисперсных нитридов легирующих элементов типа MeN, Me2N. Слой γ’ очень тонок и под микроскопом трудно различим. Слой ε-фазы непрочный и хрупкий. Азотирование при температуре выше эвтектоидной создает поверхностный слой, состоящий из ε + γ + γ + α фаз. При медленном охлаждении азотистый γ-аустенит распадается на эвтектоид: γ → α + γ, а при быстром охлаждении он претерпевает мартенситное превращение. Этот мартенситный подслой и обеспечивает максимальную твердость.
Для повышения коррозионной стойко¬сти азотированию подвергают изделия как из легированных, так и из углеродистых сталей. В этом случае азотирование проводят при 650–700 ºС. Скорость диффузии увеличивается, продолжительность процесса сокращается до нескольких часов. На поверхности изделий образуется слой ε-фазы (0,01–0,03 мм) который обладает высокой стойкостью против коррозии.
Таким образом, интересующие нас фазы при прочностном и противокоррозионном азотировании лежат в температурном интервале 500 – 700ºС.

6 Задание 6
Литейные алюминиевые сплавы. Химический состав, структура, термическая обработка, свойства и области применения.
Ответ:
Алюминиевые сплавы делятся на литейные и деформируемые. Марки и технические условия определены стандартами: ГОСТ 1583-93 – Сплавы алюминиевые литейные, ГОСТ 4784-97 – Алюминий и сплавы алюминиевые, деформируемые.
Области литейных и деформируемых алюминиевых сплавов показаны на диаграмме эвтектического типа алюминий − легирующий элемент (рис. 7):
На ней точка К соответствует предельной растворимости легирующего элемента в алюминии при эвтектической температуре. Линия КК’ делит сплавы на две группы. Сплавы расположенные левее линии КК’, имеют при соотствующем нагреве однородную структуру α – твёрдого раствора (область АК/MN). Они высоко пластичны и имеют низкую прочность. По этому такие сплавы легко обрабатываются давлением и относятся к категории деформируемых сплавов. В свою очередь, эти сплавы делятся на два типа: неупрочняемые термической обработкой (рис.7(1)) и упрощаемые термической обработкой (рис.7(2)).

Рис. 7. Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния – двойная система - деформируемые сплавы: 1 – неупрочняемые термической обработкой; 2 – упрочняемые термической обработкой

Сплавы, которые по содержанию легирующих элементов расположены правее линии КК/, имеют дополнительно в качестве структурной составляющей эвтектику. Наличие эвтектики резко уменьшает пластичность (рис. 7), способность прессоваться, прокатываться, коваться, а при некотором её содержании такая обработка становится вообще практически неосуществимой. С другой стороны, наилучшей жидкотекучестью обладают металлические материалы, кристаллизующиеся при постоянной температуре – литые элементные металлы и эвтектиктические сплавы. Поэтому сплавы, содержащие эвтектику, характеризуются хорошими литейными свойствами: жидкотекучестью и высокой концентрацией литейной пористости.
Литейные алюминиевые сплавы предназначены для производства фасонных отливок. В качестве литейных материалов используются как первичные сплавы, изготовленные легированием чистого алюминия, так и стандартные вторичные сплавы, полученные из скрапа и отходов алюминиевых сплавов. В особых случаях отливают детали также из чистого алюминия, в основном для химической и пищевой промышленности, а также для электротехники.
Литейные алюминиевые сплавы в соответствии с ГОСТ 1583-93 маркируют буквой А и буквами, соответствующим легирующим элемента: К – кремний, М – медь, Мг – магний, Н – никель, Ц – цинк, Кд – кадмий, Мц – марганец. Цифры после обозначения элемента указывают его среднее содержание в процентах. Если концентрация элемента не превышает 1,5 %, то цифра после буквенного значения отсутствует. Буква «ч» (чистый) и «пч» (повышенной чистоты) в конце марки сплава указывают на пониженное содержание примесей. В ГОСТе обозначена (в скобках) и старая маркировка алюминиевых литейных сплавов (АЛ) с цифрами, указывающими на условный номер сплава.
Литейные алюминиевые сплавы для отливок и чушек по химическому составу и свойствам делятся на 5 групп:
1) Сплавы на основе системы Al–Si–Mg, отличающиеся хорошими литейными свойствами: высокой герметичностью, высокой жидкотекучестью: АК12 (АЛ2), АК9с (АК9с), АК9ч (АЛ4), АК8л (АЛ34), АК7 (АК7), АК7ч (АЛ9), АК7пч (АЛ9-1).
2) Сплавы на основе системы Al–Si–Mg–Cu с хорошими литейными свойствами, высокими значениями прочности при комнатной и повышенной температурах, лучшей, чем в первой группе, обрабатываемостью резанием: АК5М (АЛ5), АК5М7 (АК5М7), АК8М (АЛ32), АК8М3ч (ВАЛ8), АК8М3 (АК8М3), АК12М2МгН (АЛ25).
3) Сплавы на основе системы Al–Cu, прочные и жаропрочные сплавы: АМ5 (АЛ19), АМ4,5Кд (ВАЛ10).
4) Сплавы на основе системы Al–Mg, прочные и коррозионно-стойкие сплавы, с пониженной жаропрочностью: АМг5К (АЛ13), АМг5Мц (АЛ28), АМг6л (АЛ23), АМг6лч (АЛ23-1), АМг10 (АЛ27), АМг11 (АЛ22).
5) Сплавы Al с Mg, Zn, Si и др. – свариваемые сплавы: АК7Ц9 (АЛ11), АК9Ц6 (АК9Ц6р), АЦ4Мг (АЛ24).
В литейных алюминиевых сплавах ограничивается содержание примесей, в частности, железа, содержание которого определяется способом литья.
Характерным представителем алюминиевых литейных сплавов являются силумины – это сплавы алюминия с кремнием, обычно содержащие 10-13% Si (AK12). Микроструктура литых доэвтектических силуминов состоит из светлых дендритов α - твердого pacтворa кремния в алюминии и двойной эвтектики α + Si игольчатого типа, рис.8,а (т.к. растворимость Al в Si при комнатной температуре составляет 0,05%, допустимо считать, что в структуре сплавов при низких температурах присутствует не -твердый раствор, кремний).

Рис. 8. Микроструктура силуминов (справа – схематическое изображение):
а) доэвтектический, б) эвтектический в) заэвтектический, г) модифицированный.

Микроструктура сплава эвтектического состава состоит из эвтектики α + Si. При обычном способе литья эта эвтектики имеет грубое строение (рис.8, б). Кремний в ней находится в виде грубых игл. В силуминах заэвтектического состава первично кристаллизуются многогранные кристаллы Si светлосерого цвета (рис. 8, в). Кремний хрупок, поэтому силумины имеют низкие механические свойства (σв = 120 ... 160 МПа, δ = 1...2%). Чтобы избавиться от грубой эвтектики и первичных кристаллов, сплавы модифицируют, т.е. перед разливкой в расплав вводят небольшое количество натрия (0,05–0,08% к массе сплава) или кальция, бора. В результате модифицирования увеличивается концентрация кремния в эвтектике (с 11,7% до 15%) и сплавы переохлаждаются относительно равновесно эвтектической температуры 577 °С. Силумины заэвтектического состава, содержащие 11,7–15% Si, становятся доэвтектическими, и в их структуре вместо первичных хрупких кристаллов кремния имеются дендриты пластического α-твердого раствора (рис.8, г). Переохлаждение приводит к формированию в структуре мелкозернистой эвтектики.
Для литейных алюминиевых сплавов назначают следующие виды термической обработки: Т1 – искусственное старение; Т2 – отжиг; Т4 – закалка; Т5 – закалка и неполное искусственное старение; Т6 – закалка и стабилизирующий отпуск; Т7 – закалка и смягчающий отпуск.
Искусственному старению преимущественно подвергают сплавы на основе системы Al–Si. Обработка по режиму T1 возможна в тех случаях, когда при ускоренном охлаждении отливки по окончании ее затвердевания, например при литье тонкостенных деталей в кокиль, образуется пересыщенный твердый раствор. Такая обработка экономически эффективна, но упрочнение при старении невелико, т.к. из-за дендритной ликвации сердцевина дендритных ячеек имеет низкую концентрацию легирующих элементов.
Обработке по режиму T1 наиболее целесообразно подвергать детали, полученные литьем под давлением. Такие детали, как правило, нельзя закаливать из-за того, что при нагреве под закалку на их поверхности образуются вспучивания в результате расширения газа, захваченного при литье под давлением. Отжиг отливок (режим Т2) проводят, в основном, для сплавов 1-й группы. Этот вид термообработки применяют для уменьшения литейных напряжений. Температура такого отжига около 300 °С, выдержка 2–4 ч.
Термическую обработку по режиму Т4 (закалка) применяют в тех случаях, когда необходима повышенная пластичность при прочности меньшей, чем после искусственного старения, или же повышенная стойкость против коррозии. Закалке без последующего искусственного старения (режим Т4) в основном подвергают сплавы на основе системы Al–Mg. Обработка по режиму Т6 включает закалку и полное искусственное старение для достижения максимального упрочнения. Обработка по режиму Т5 состоит из закалки и неполного искусственного старения при температуре, более низкой, чем при обработке по режиму Т6. Цель такой обработки – обеспечить повышенную пластичность (по сравнению с обработкой Т6). Режим Т7 − это закалка и стабилизирующее старение (перестаривание), проводимое при температуре, более высокой, чем по режиму Т6 для стабилизации свойств и размеров деталей первых трех групп литейных алюминиевых сплавов. Время выдержки при нагреве под закалку разных сплавов колеблется от 2 до 16 ч. Отливки закаливают в холодной воде, а для уменьшения закалочных напряжений воду подогревают до 80–100 °С.

7. Задание 7
Сверхтвердые материалы. Состав, структура и области применения.
Ответ:
Сверхтвердые материалы широко применяют для оснащения (вставками) лезвийных инструментов (резцы, сверла, торцовые фрезы). Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (100 - 200 м/мин и более).
Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого (10000 HV) в 6 раз превосходит твердость карбида вольфрама (1700 HV) и в 8 раз – твердость быстрорежущей стали (1300 HV).
Структура алмаза изображена на рис. 9. Ее можно описать следующим образом: элементарная кубическая ячейка мысленно разбивается на 8 малых кубов (октантов) тремя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через центр ячейки параллельно ее граням. Во всей элементарной кубической ячейке алмаза располагаются восемь атомов.

Рис. 9. Структура алмаза

Половина из них (4 атома) занимает узлы гранецентрированной кубической решетки, а вторая половина (4 атома) располагается в центрах четырех октантов (из восьми). По каждому координатному направлению «заселенные» октанты равномерно чередуются в структуре с «незаселенными». Федоровская (пространственная) группа структуры алмаза – FdSm. Все атомы углерода располагаются по точкам одной правильной системы, следовательно, они кристаллохимически тождественны друг другу.
Необходимо отметить, что расстояние С – С равно 1,54Å, и их тетраэдрическое окружение является аналогичным для всех предельных алифатических и алициклических соединений.
Преимущественное применение имеют синтетические алмазы (борт, баллас, карбонадо) поликристаллического строения, которые по сравнению с монокристаллами отличаются меньшей хрупкостью и стоимостью. Алмаз теплостоек до 800°С (при большем нагреве он графитизируется). Относительно небольшая теплостойкость компенсируется его высокой теплопроводностью, снижающей разогрев режущей кромки инструментов при высоких скоростях резания.
Область применения алмазных инструментов ограничивается высокой адгезией к железу, что является причиной его низкой износостойкости при точении сталей и чугунов. Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и их сплавы, а также пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую шероховатость поверхности.
Большей универсальностью обладают инструменты из поликристаллического нитрида бора BN с кубической решеткой, называемого кубическим нитридом бора. Его получают спеканием микропорошков нитрида бора (гексагонального, кубического или вюрцитоподобного) при высоких температурах и давлениях или прямым синтезом из нитрида бора с гексагональной решеткой. В зависимости от технологии получения кубический нитрид бора выпускают под названием: эльбор, эльбор-Р, боразон.
Кубический нитрид бора имеет такую же, как алмаз, кристаллическую решетку и близкие с ним свойства. По твердости (9000 HV) он не уступает алмазу, но превосходит его по теплостойкости (1200°С) и химической инертности. Отсутствие у кубического нитрида бора химического сродства к железу позволяет эффективно использовать его для обработки различных труднообрабатываемых сталей, в том числе цементованных и закаленных (> 60 HRC). При этом высокоскоростное точение закаленных сталей может заменить шлифование, сокращая в 2-3 раза время обработки и обеспечивая низкую шероховатость поверхности.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Адаскин А.М., Материаловедение (металлообработка): учебник для учреждений начального профессионального образования / А.М. Адаскин, В.М. Зуев. – М.: ПрофОбрИздат, 2002. – 240 с.
2. Геллер, Ю. А. Материаловедение / Ю. А. Геллер, А. Г. Рахштадт. – Москва : Металлургия, 1989. – 456 с.
3. Колачев, Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б. А. Колачев, Б. А. Ливанов, В. И. Елагин. – Москва : Металлургия, 1981. – 416 с.
4. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для вузов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2007. – 535 с.
5. Лахтин, Ю. М. Материаловедение / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. – Москва : Машиностроение, 1990. – 528 с.
6. Металловедение и технология металлов : учеб. для вузов / Ю. П. Солнцев [и др.]. – Москва : Металлургия, 1988.– 512 с.
7. Основы металловедения и теории коррозии, Малахов А. И, Издательство : М.: Высш. школа: 1978, – 192 с.
8. Шатерина, М.А. Технология конструкционных материалов. / М.А. Шатерина.- М.: Политехника, 2005. – 597 с.
9. Самохоцкий А.И., Парфеновская Н.Г. Технология термической обработки металлов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение» – 1976. – 311 с.