Сплавы чёрных и цветных металлов: стали и чугуны

Железо – находится в двух модиифкациях: α-железо, существующее при температурах от 1539С до 1400С и ниже 910С (ОЦК-решётка), и γ-железо в интервале температур 910-1392С (ГЦК-решётка)
Графит – свободно выделившийся углерод, наблюдаемый в сплавах с содержанием углерода более 2%.
Цементит – карбид железа, Fe3C, содержит 6,67% углерода
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Аустенит – твёрдый раствор внедрения углерода в γ-железе с максимальным содержанием углерода 2,14% при 1147С и 0,8% при 727С. При температуре ниже 727С аустенит или превращается в феррит при низком содержании углерода или распадается на цементит и феррит, образуя перлит, при высоких содержаниях углерода
Феррит – твёрдый раствор внедрения углерода в α-железе с максимальным содержанием углерода 0,02% при 727С и 0,006% при нормальной температуре

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Перлит – эвтектоид, состоящий из двух фаз – феррита и цементита. Образуется перлит при температуре ниже 727С в результате разложения аустенита на феррит и цементит. Содержание углерода в нём равно 0,8%
Ледебурит – эвтектика, состоящая из аустенита и цементита, образующаяся при концентрации углерода 4,3% в диапазоне температур 1147-727С. При температурах ниже 727С аустенит превращается в перлит, и ледебурит состоит из смеси перлита и цементита.
Мартенсит – пересыщенный твёрдый раствор внедрения углерода в α-железе, образующийся в результате быстрого охлаждения аустенита

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Равновесная кристаллизация эвтектоидного расплава стали

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Равновесная кристаллизация доэвтектоидного расплава стали; А3 – т=ра появления феррита, А1 - т=ра эвтектоида

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Равновесная кристаллизация заэвтектоидного расплава стали; Аcm – т=ра появления цементита

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Зависимость механических свойств стали от содержания углерода
Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого
не превышает 2,14 %
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержание которого составляет от 2,14 до 6,5 %

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Зависимость твёрдости (а) и ударной вязкости (б) феррита от содержания легирующего элемента

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Стали классифицируют по химическому составу – углеродистые, легированные (низко-, средне- и высоколегированные); структуре – доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные, ледебуритные (карбидные), ферритные, аустенитные, перлитные, мартенситные; качеству и способу производства – обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные; применению: конструкционные (строительные, машиностроительные), инструментальные, стали и сплавы с особыми эксплуатационными свойствами (жаропрочные, магнитные, коррозионно-стойкие), с особыми физическими свойствами.

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
В маркировке сталей первой цифрой указано содержание углерода в сотых долях процента. Затем следуют буквы русского алфавита, обозначающие наличие легирующего элемента, если за буквой цифры нет, то это означает, что содержание легирующего элемента составляет не более 1%.
Например:
сталь 07Х16Н19М2Г2БТФР (ЭК-164) содержит 0,07% углерода-16% хрома-19%никеля-2%молибдена-2% марганца-до 1% ниобия, титана, ванадия и бора;
сталь Х18Н10Т содержит менее 0,01 углерода – 18% хрома – 10% никеля – до 1% титана;
Условные обозначения легирующих элементов в сталях: А-азот, Ю- алюминий, Р-бор, Ф-ванадий, В-вольфрам, Г-марганец, Д-медь, М-молибден, Н-никель, Б-ниобий, Т-титан, Х-хром, С-кремний, П-фосфор, К-кобальт, Ц-цирконий, Ч-редкоземельные элементы (РЗМ), Е-селен и т.д.

В маркировке сталей иногда указывают виды вторичного переплава, осуществляемого для повышения качества и улучшения механических свойств сталей: ВИ – вакуумная индукционная плавка, (ЭШП) Ш – электрошлаковый переплав, (ВДП) ВД – вакуумно-дуговой переплав, ЭЛП – электронно-лучевой переплав, ПДП – плазменно-дуговой переплав
Классификация сталей по применению:
Конструкционные стали для холодной листовой штамповки и высадки: обычные – 10кп, 20кп, 10пс.20пс; легированные – 25ХГСА, 30ХГС; 08Ю, 30Х, 12ХН (кп – кипящие, пс – полуспокойные, это степень раскисления). Раскисление – процесс удаления из жидких металлов растворённого в них кислорода
Автоматные стали отличаются хорошей обрабатываемостью резанием: А11, А20, АС14, АС35Г2; изготавливают болты, гайки, штуцера, втулки.
Подшипниковые стали: ШХ6, ШХ9, ШХ10, ШХ15 используют для изготовления шариковых, роликовых и игольчатых подшипников.
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Классификация сталей по применению:
Рессорно-пружинные стали: 65, 70, 65Г, 70Г, У7-У13
Инструментальные стали: У7- У13, быстрорежущая сталь Р9, Р18, Р6М5 – мерительный инструмент, режущий инструмент.
Коррозионно-стойкие стали: 08Х13, 20Х13, Х18Н10Т.
Жаропрочные стали: 12Х8ВФ, 15Х11МФ (рабочие температуры 400-850С).
Стали и сплавы с особыми эксплуатационными свойствами - жаростойкие, радиационно-стойкие, хладостойкие; с особыми физическими свойствами – магнитно-мягкие, магнитно-твёрдые, с заданным температурным коэффициентом термического расширения.

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Жаропрочные сплавы
Жаропрочность – свойство материала сопротивляться деформированию и разрушению при высоких температурах
Рекомендуемый срок службы жаропрочных конструкций в зависимости от назначения:
для ракет и силовых установок – 1 час;
для силовых установок самолётов истребителей – 100 часов;
для силовых установок гражданских самолётов – 1000 часов;
для газовых турбин локомотивов и судов – 10 000 часов;
для газовых турбин стационарных силовых установок – 30 000 часов;
для паровых турбин стационарных силовых установок – 100 000 часов.
Жаропрочные стали: перлитные – 12Х1МФ, 25Х2М1Ф; мартенситные – 15Х5М, аустенитные – 12Х1810Т, 10Х11Н20Т3Р

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Классификация чугунов (в зависимости от состояния включений углерода:
белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита Fe3C;
половинчатый чугун – более 0,8% углерода в виде цементита, структурные составляющие – перлит, ледебурит и пластинчатый графит;
серый чугун – содержание цементита менее 0,8%, остальной углерод в виде пластинчатого графита;
высокопрочный чугун – графит шаровидной формы;
ковкий чугун - графит в хлопьевидной форме.
Чугуны – это железоуглеродистые сплавы, в которых содержится более 2,14% С. По степени эвтектичности чугуны подразделяют на доэвтектические (2,14-4,3%С), эвтектические (4,3%С) и заэвтктические (больше 4,3%С).

Классификация чугунов по строению металлической основы и форме графитовых включений (схемы структур)
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ стали и чугуны
Структурно-масштабная схема организации железоуглеродистого расплава

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Диаграмма деформирования поликристаллического сплава
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы меди
Латунями называют медные сплавы с цинком; выпускаются латуни восьми марок и обозначаются русской буквой Л. Следующая за ней цифра указывает средний процент меди в этом сплаве; марка с максимальным содержанием меди Л96, с минимальным – Л60. Латуни более сложного состава в обозначении имеют после буквы Л другую букву, а цифры, размещённые после цифры, показывающей процент меди, указывают процент добавок в марке латуни. Например, ЛС59-1 означает латунь свинцовая, содержащая 57-60% меди и 0,8-1,5 свинца. Все добавляемые к латуни элементы обозначают русскими буквами: О-олово, Ц-цинк, С-свинец, Ж-железо, Мц-марганец, Н-никель, А-алюминий, К-кремний и т.д.

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы меди

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы меди
Диаграмма состояния медь-цинк
Зависимость механических свойств сплавов медь-цинк от содержания цинка

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы меди
Сплавы меди с оловом называют бронзами.
Это литейные сплавы. Бронзы маркируются русскими буквами Бр; справа ставят элементы, входящие в бронзу, такие же, как и в латунях, но цифры, стоящие за буквами, обозначают среднее содержание добавок этих дополнительных элементов в бронзах (цифры, обозначающие процентное содержание меди в бронзах, не ставят). Например, БрОЦ4-3 обозначает, что в бронзе содержится в среднем 4% олова, 3% цинка, остальное медь. Большинство современных бронз редко содержит более 7% олова и обычно имеют однофазную структуру, состоящую из твёрдого раствора олова в меди. Поэтому широкое применение нашли заменители – в первую очередь алюминиевые бронзы как простые БрА5, так и более сложные БрАЖМц-10-3-1,5; бериллиевые бронзы БрБ2.

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы меди
Диаграмма состояния медь-олово
Зависимость прочностных характеристик сплавов медь-олово от содержания олова

Алюминиевые сплавы принято делить на две группы –
деформируемые и литейные.
Деформируемые алюминиевые сплавы характеризуются невысокой прочностью, но хорошей пластичностью (относительное удлинение до 140%). К ним относятся сплавы с марганцем и магнием, содержащие до 6% магния. Из этих сплавов широко применяют сплав АМц (1-1,6% марганца) и сплавы АМг2, АМг5, содержащие соответственно 1,8-2,6% магния, 0,2-0,6% марганца и 4,8-5,8% магния и 0,3-0,8% марганца.
Из группы деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термообработкой, наиболее известны дуралюмины и авиаль. Дуралюмины – сплавы на основе алюминия-меди-магния, в которые дополнительно вводят марганец для повышения коррозионной стойкости сплава. Наиболее известны сплавы Д18, содержащий 2,2%меди, 0,2-0,5%магния, и Д16, содержащий 3,8-4,6%меди,1,2-1,8%магния и 0,3-0,9%марганца.
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы алюминия

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы алюминия

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы алюминия
Литейные алюминиевые сплавы – маркируются буквами АЛ (алюминиевый сплав, литейный), подразделяются на 5 групп, наибольшей известностью пользуются силумины (алюминий-кремний) и сплавы алюминия с медью. Есть смешанные алюминий-кремний-медь; алюминий-магний (с содержанием магния более 8%).

Влияние легирующих элементов на температуру рекристаллизации алюминия
Зависимость механических свойств модифицированного (- - - ) и немодифицированного ( ___ ) силумина от содержания кремния
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы алюминия

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы алюминия
Влияние аморфной лигатуры на средний размер кристаллов первичного кремния: 0 – без добавок, I, II, III – варианты добавок

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы алюминия
Микроструктуры дисперсионно-упрочнённых сплавов Al-Cu-Mg (а) и Al-Cu-Mg-Ag (б). В Ag-содержащем сплаве показаны упрочняющие выделения Ω-фазы

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы алюминия
Значения предела текучести механически упрочняемых сплавов

Схема получения титана из ильменитовой руды
(FeTiO3)
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы титана

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы титана

Состав и механические свойства титановых сплавов в отожжённом состоянии
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ сплавы титана

НАНО- И СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ (СМК) МАТЕРИАЛЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ (ИПД)
МАТЕРИАЛЫ С РАЗМЕРОМ
ЗЕРНА 50-500 НМ
СТ. 20
TI
CU
Нано- и СМК материалы
Обычные материалы
Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Жаропрочные никелевые сплавы
Жаропрочные никелевые сплавы

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Жаропрочные никелевые сплавы

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Жаропрочные никелевые сплавы

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Жаропрочные никелевые сплавы

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Структура сплава ВЖ171, упрочненного нановыделениями
Жаропрочные никелевые сплавы

Лекция 6 СПЛАВЫ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Сравнительные механические характеристики различных сплавов