Мета: вивчення закономірностей будови структури металів і сплавів, які визначаються хімічним складом, кінетикою фазових перетворень та діаграмами стану; з’ясування основних закономірностей структуроутворення в процесі первинної кристалізації, питань формування структури металевих матеріалів при пластичній деформації тиском та зміни їх структури і властивостей після нагрівання; встановлення зв’язку між хімічним складом, структурою, властивостями та застосуванням залізовуглецевих сплавів; вивчення впливу легувальних елементів на структуру легованих сталей в умовах рівноваги та властивості сплавів.

Завдання: розвинення знань та практичних навичок студентів в напрямку вивчення особливостей впливу способу отримання, вмісту вуглецю та легування на структуру та властивості сталей.

У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен

знати: загальні закономірності первинної кристалізації; структурні зміни в металах при холодній пластичній деформації та при їх подальшому нагріванні; фазові та структурні зміни в залізовуглецевих сплавах при охолодженні на нагріванні; вплив легувальних елементів на поліморфізм заліза і фазові перетворення у системах із різним рівнем легування; роль структури у формуванні властивостей матеріалів.

вміти: аналізувати структури, які утворюються в подвійних та потрійних системах; навчитися визначати структуру, фазовий склад і прогнозувати властивості залізовуглецевих сплавів; виготовляти шліфи та виявляти структуру при користуванні мікроскопом.

Викладач: Кононенко Юлія Іванівна, старший викладач.

Опис навчальної дисципліни

Примітка.

Співвідношення кількості годин аудиторних занять до самостійної і індивідуальної роботи становить:

для денної форми навчання – 60%  до 40%

для заочної форми навчання – 9% до 91%

Розподіл балів, які отримують студенти

  Програма навчальної дисципліни

Змістовий модуль 1. Закономірності формування структури металевих матеріалів.

Тема 1. Вступ. Будова металів та сплавів. Металографічні методи дослідження.

Вступ. Значення та задача курсу. Загальні відомості про фізико-механічні властивості металів та сплавів. Металографічні методи дослідження. Макроскопічний та мікроскопічний метод дослідження. Кількісна металографія.

Тема 2. Кристалізація металів.

Будова рідких металів. Поняття ближнього і дальнього порядку. Термодинаміка та кінетика первинної кристалізації, криві охолодження при твердінні металу. Основні параметри кристалізації.

Гомогенна самодовільна кристалізація. Зміна вільної енергії при кристалізації та утворенні зародків критичного розміру. Зв`язок між швидкістю та ступенем переохолодження. Розмір зерна.

Гетерогенна (несамодовільна) кристалізація. Роль вкраплень та стінок форми при зародженні кристалів. Форма та будова кристалів. Дендритна кристалізація. Концентраційне переохолодження. Модифікування, його роль. Будова зливків СП, КП, транскристалізація. Дефекти, які виникають при кристалізації.

Види ліквації, методи усунення, вплив на будову та властивості металу. Неметалеві вкраплення, методи виявлення, ідентифікація. Аморфні металеві сплави. Нанокристалічні сплави, технологія одержання, властивості.

Тема 3. Деформація та рекристалізація.

Пружна та пластична деформація. Деформація ковзанням і двійникуванням. Системи ковзання в ґратках металів. Дислокаційний механізм ковзання при пластичної деформації.

Особливості деформації моно- та полікристалів. Зміни структури при пластичній деформації. Утворення текстур деформації Властивості холоднодеформованого металу.

Основні процеси, що відбуваються при нагріванні (відпочинок, полігонізація, первинна і збиральна рекристалізація). Поняття вторинної рекристалізації. Зміна структури та властивостей при нагріванні холоднодеформованих металів.

Критичний ступінь деформації. Розмір зерна після рекристалізації. Холодна, тепла і гаряча деформація металів. Структурні зміни під час гарячої деформації металів.

Тема 4. Теорія будови сплавів. Фази в металевих системах.

Формування структури у твердому стані. Будова твердих фаз. Тверді розчини заміщення, втілення і вилучення. Фактори, які  впливають на розчинність у твердому стані. Основні групи проміжних фаз: електронні сполуки (фази Юм-Розері), фази втілення (карбіди, нітриди), сигма-фази, Лавеса, фази нікель-арсенидного типу. Упорядковані тверді розчини.

Тема 5. Структурні зміни в металах.

Роль дефектів при структуроутворенні. Самодифузія і гетеродифузія. Основні механізми дифузії. Блочна структура зерна. Будова меж зерен і блоків. і зерен. Ріст зерна при нагріванні. Поліморфні перетворення.

Змістовий модуль 2. Залізо та сплави на його основі. Леговані сталі.

Тема 6. Залізо та його сплави.

Компоненти в системі залізо-вуглець. Технічне чисте залізо (його поліморфізм, властивості та значення для промисловості). Вуглець, його поліморфні модифікації, їх властивості. Будова та властивості цементиту. Характеристика фаз та структурних складових, їх властивості. Значення діаграми фазової рівноваги залізо-вуглець.

Діаграма фазової  метастабільної  рівноваги залізо-вуглець. Ліквідус, солідус. Нонваріантні рівноваги. Інтервали поліморфних перетворень. Критичні точки (А₁, А₂, А₃, А₄, А_сm).

Кристалізація сплавів залізо-цементит. Фазові та структурні зміни в сплавах при охолодженні та нагріванні. Застосування правила фаз і відрізків. Структурні класи в рівноважному стані.

Вплив постійних домішок на властивості сталей. Вплив вуглецю на властивості сталей. Класифікація вуглецевих сталей за якістю. Маркування вуглецевих сталей. Класифікація вуглецевих сталей за призначенням.

Тема 7. Особливості структури литої та деформованої сталі.

Вплив хімічної неоднорідності на макро- і мікроструктуру литої сталі та гарячедеформованої сталі. Особливості мікроструктури сталей. Відманштеттова структура доевтектоїдних та заевтектоїдних сталей, феритна смугастість, рядкові структури, анормальні структури (структура зернистого перліту, відокремлений евтектоїд). Зневуглецювання.

Тема 8. Високовуглецеві сплави, чавуни.

Загальна характеристика. Формування структури під час твердіння високовуглецевих сплавів. Білі чавуни (структура, властивості). Процес графітизації. Стабільна діаграма стану залізо-вуглець.

Сірі чавуни. Умови утворення графіту. Діаграма залізо-вуглець-кремній. Структурні діаграми. Маркування сірих чавунів. Властивості, призначення, домішкі в чавунах. Модифікування. Вибіл чавуну.

Високоміцні чавуни. Маркування. Структура, властивості. Чавун із вермікулярним графітом. Ковкі чавуни. Відпалення відливок із білого чавуну. Структура, властивості, призначення. Маркування. Порівняння властивостей чавунів. Спеціальні чавуни (зносостійкі, жаростійкі, корозійностійкі).

Тема 9. Леговані сталі.

Вплив легувальних елементів на структуру і деякі властивості сталей. Характеристика фаз в легованих сталях (тверді розчини, карбідні і інтерметалідні фази). Елементи карбідо- та некарбідоутворювачі. Вплив легувальних елементів на поліморфні перетворення (ферито- та аустенітостабілізатори) та критичні точки в сталях.

Вплив легувальних елементів на поліморфізм заліза (α- і γ-стабілізатори). Вплив двох легувальних елементів на поліморфізм заліза, коли обидва легувальні елемента або  α- або  γ-стабілізатори . Сумісна дія елементів, різних за впливом на поліморфізм. Знайомство з діаграмою залізо-вуглець-хром. Знайомство з реальними діаграмами залізо-легувальний елемент (хром, нікель, марганець, вольфрам, молібден).

Вплив легувальних елементів на властивості фериту. Маркування легованих сталей. Вплив легувальних елементів на концентраційні точки. Класифікація легованих сталей за вмістом вуглецю та якістю. Структурні класи легованих сталей в рівноважному стані.

Класифікація легованих сталей за призначенням.