Основные сведения о металлических материалах

Страницы: 1 2
  • Производство чугуна
  • Производство стали
  • Разливка стали и строение слитка
  • Способы повышения качества стали
  • Производство алюминия
  • Производство титана
  • Современная судостроительная промышленность потребляет большое количество черных и цветных металлов. Металлы являются веществами кристаллическими. Большинство металлов имеет один из следующих видов кристаллических решеток: объемно центрированную кубическую (о. ц. к.) — Cr, Mo, V и др.; гранецентрированную кубическую (г. ц. к.) — Ni, Аl, Cu и др.; гексагональную плотноупакованную (г. п. у.) — Mg, Zn, Cd и др.
    Ряд металлов изменяют вид кристаллической решетки в зависимости от температуры. Это явление называют полиморфизмом. Например, железо может находиться в двух полиморфных модификациях: Fe α (α -железо) с о. ц. к. решеткой, устойчивой в двух температурных интервалах — ниже 911 и от 1392 до 1539 °С [высокотемпературная модификация иногда обозначается Feδ (δ-железо)]; Feγ (γ-железо) с г. ц. к. решеткой в диапазоне температур 911—1392 °С. Кроме железа полиморфные превращения претерпевают титан, марганец, кобальт и другие металлы.
    Реальная кристаллическая структура имеет большое количество несовершенств (дефектов), которые по своим геометрическим признакам делятся на точечные (вакансии, примесные атомы), линейные (дислокации) и поверхностные (границы зерен). Плотность и характер распределения дефектов во многих случаях оказывают существенное влияние на механические свойства металлов.
    Наиболее распространенным конструкционным материалом в судостроении является сталь — сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %.
    Фазовый состав и структура сталей в зависимости от концентрации углерода и температуры описываются с помощью диаграммы, представленной на рис. 2.1. На оси абсцисс указано содержание углерода по массе. На оси ординат отмечены критические точки, соответствующие температурам фазовых превращений в чистом железе. Температуры 911 (точка G) и 1392 °С (точка N) являются температурами превращения Fe α ↔ Feγ, а 1539 °С (точка А) — температура плавления железа. В структуре сплавов в твердом состоянии образуются фазы: феррит, аустенит и цементит.
    Феррит (Ф или α) — твердый раствор углерода в α -железе. Предельная растворимость углерода в феррите составляет 0,02 % при 727 °С (точка Р на диаграмме) и 0,1 % — при 1499 °С (точка Я). Эта фаза в структуре сплава обладает низкой твердостью и прочностью (НВ = 800 МПа, σв = 250ч÷300 МПа), но высокой пластичностью (6 = 50 %).
    Аустенит (А или γ) — твердый раствор углерода в γ -железе (до 2,14 % углерода растворяется при 1147 °С — точка Е диаграммы). Он отличается невысокой прочностью (НВ до 200 МНа) и высокой пластичностью.
    Цементит (Ц) — химическое соединение железа с углеродом Fe3C (карбид железа). Оно содержит 6,67 % углерода. Механические свойства цементита характеризуются высокой твердостью (НВ = 8000 МПа), но очень низкой пластичностью. Так как растворимость углерода в α -железе мала, при комнатной температуре он практически полностью связан в цементите.
    Области феррита ограничены линиями GPQ и AHN, а область аустенита — линией NIESG. Линия ABC является линией ликвидус, выше которой все сплавы системы железо — углерод находятся в жидком растворе  (на этой линии лежат точки начала кристаллизации при охлаждении). Линия AHIEC — линия солидус, ниже которой сплавы находятся в твердом состоянии (линия, на которой лежат все точки конца кристаллизации сплавов).
    Все сплавы системы железо — углерод, содержащие до 2,14 % С, после охлаждения до линии NIE приобретают аустенитную структуру.


    Судостроение