Зарегистрироваться или Войти

Основные разделы


Основные разделы


Разделы


Вы можете сразу в этой поисковой строке набрать то, что ищете и сразу найдете то, что искали.

Контрольная работа 1 Вариант 36

Начертите диаграмму состояния для случая образования устойчивого химического соединения. Укажите структурные составляющие во всех областях этой диаграммы и опишите строение типичных сплавов различного состава, встречающихся в этой системе.
В этих сплавах компоненты химически реагируют друг с другом, образуя химическое соединение АmВn. Это соединение представляет собой новую фазу и имеет соответствующую однородную область на диаграмме состояния (линия PF на рисунке). Линия хим. соединения проходит через точку Р, соответствующую содержанию компонента В в АmВn и разделяет общую диаграмму А-В на две независимые части: А-АmВn и АmВn–В, каждую из которых можно рассматривать отдельно и для каждой из них соединение АmВn играет роль «компонента».
В каждой части тип диаграммы состояния может быть, вообще говоря, любым. В частности, на рисунке в качестве примера приведены системы А-АmВn и АmВn-В эвтектического типа.

Однофазные области этой диаграммы:
1) жидкость L – выше линии ликвидус ECFDG;
2) компонент А – линия 0HE;
3) компонент B – линия 100-N-G;
4) химическое соединение АmВn – линия РF.
Структурные составляющие сплавов этой системы и их области на диаграмме:
1) кристаллы А – линия ОNЕ;
2) кристаллы B – линия 100–N–G;
3) кристаллы АmВn – линия РF;
4) эвтектика эвт1(А+ АmВn) – линия СС/;
5) эвтектика эвт2(АmВn+В) – линия DD/.
Типичным сплавом, соответствующим данной диаграмме, является сплав магний-германий, диаграмма состояния которого представлена на рисунке 1. В этих сплавах компоненты химически реагируют друг с другом, образуя химическое соединение Mg2Ge. Это соединение представляет собой новую фазу и имеет соответствующую однородную область на диаграмме состояния (линия PF на рисунке 1). Линия хим. соединения проходит через точку Р, соответствующую содержанию компонента Ge в Mg2Ge и разделяет общую диаграмму Mg–Ge на две независимые части: Mg–Mg2Ge и Mg2Ge –Ge, каждую из которых можно рассматривать отдельно и для каждой из них соединение Mg2Ge играет роль «компонента».

В общем случае кристаллизация сплавов эвтектического типа происходит последовательно в два этапа (на примере левой части диаграммы, т.е. Mg–Mg2Ge ):
На первом этапе из жидкости L выделяются твердые кристаллы компонента, избыточного по отношению к эвтектическому составу. В течение этого этапа внутри сплава имеются твердые кристаллы указанного избыточного компонента и жидкость, химический состав которой по мере охлаждения постепенно приближается к эвтектическому составу.
Конкретно, в доэвтектических сплавах, где избыточным по отношению к эвтектике является магний, ниже линии ликвидус ЕС происходит выделение из жидкости сплава твердых кристаллов Mg; сплавы имеют в это время фазовый состав L+Mg, причем по ме­ре снижения температуры к уровню 635ºС (линия HK), постепенно количество твердых кристаллов Mg увеличивается, а хим. состав остающейся в сплаве жидкости L изменяется по линии EC к точке C.
При достижении сплавом температуры 635°С (линия HK) в нем имеются твердые кристаллы избыточного компонента Mg и жидкость эвтектического состава Lэвт.
Аналогичные процессы протекают и при кристаллизации заэвтектического сплава, с той разницей, что вместо кристаллов Mg будут выделяться кристаллы избыточного Mg2Ge; к моменту дости­жения сплавом температуры 635ºС в нем, как и в пре­дыдущем случае, еще останется жидкость эвтектического состава.
Ясно, что при кристаллизации эвтектического сплава проце­ссы первого этапа будут отсутствовать.
На втором этапе кристаллизации во всех без исключения сплавах этой системы (мы рассматриваем левую часть диаграммы Mg–Ge) при постоянной температуре 635°С происхо­дит затвердевание эвтектической жидкости с образованием твер­дых кристаллов эвтектики, т.е. механической смеси мелких зерен магния и Mg2Ge. По этой причине линия НК на диаграмме состояния называется линией эвтектическо­го превращения:

После завершения эвтектического превращения кристаллиза­ция сплавов закончена, и они без каких–либо внутренних изменений охлаждаются до комнатной температуры.
Однофазные области этой диаграммы:
1) жидкость L – выше линии ликвидус ECFDG;
2) компонент Mg – линия 0HE;
3) компонент Ge – линия 100-N-G;
4) химическое соединение Mg2Ge – линия РF.
Структурные составляющие сплавов этой системы и их области на диаграмме:
1) кристаллы Mg – линия ОHЕ;
2) кристаллы Ge – линия 100–N–G;
3) кристаллы Mg2Ge – линия РF;
4) эвтектика эвт1(Mg + Mg2Gen) – линия СС/;
5) эвтектика эвт2(Mg2Ge + Ge) – линия DD/.
Так как вид диаграммы, также как и свойства сплава, зависит от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава, то между ними должна существовать определенная связь. Эта зависимость установлена Курнаковым.
При образовании механических смесей свойства изменяются по линейному закону (рисунок 1). Значения характеристик свойств сплава находятся в интервале между характеристиками чистых компонентов.

Что такое предел выносливости? Каким способом можно повысить предел выносливости пружин? Опишите сущность предлагаемого метода.
Предел выносливости – механическая характеристика материалов: наибольшее напряжение цикла, которое материал может выдержать повторно N раз без разрушения, где N – заданное техническими условиями большое число (напр., 106, 107, 108).
Для повышения предела выносливости при достаточной пластичности и вязкости пружины подвергают термической обработке – закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования.
Доэвтектоидные стали нагревают под закалку до температуры на 30–50°С выше точки Ас3. В этом случае сталь с исходной структурой перлит+феррит при нагреве приобретают аустенитную структуру, которая при последующем охлаждении со скоростью выше критической превращается в мартенсит. Заэвтектоидные стали под закалку нагревают выше точки Ас1. При таком нагреве образуется аустенит при сохранении некоторого количества цементита. После охлаждения структура стали состоит из мартенсита и нерастворимых частиц карбидов, обладающих высокой твердостью.
Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350–500°С. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости и релаксационную стойкость. Структура стали после отпуска – троостит отпуска, твердость стали 40–50 HRC. Температуру отпуска надо выбирать таким образом, чтобы не вызвать необратимой отпускной хрупкости. Охлаждение после отпуска при температуре 400–450°С следует проводить в воде, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости.

Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,1% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).
При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидко­го раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллиза­ции сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчи­вается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раст­вора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.
При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3 % до 6,67 % углерода, при темпера­турах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристал­лизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3 % образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.
Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических – аустенит+ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный)+ледебурит.
Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита.
Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.
Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.
В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8П[Ф0,03+Ц6,67].
Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.
Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точкаQ), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит+цементит третичный и называются техническим железом.
Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит+перлит и заэвтектоидные – перлит+цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.
В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода(линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит+цементит).
Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся в равновесии.
Сплав железа с углеродом, содержащий 0,1%С, называется доэвтектической сталью. Его структура при комнатной температуре – феррит + перлит.


Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нанесите на нее кривую режима термической обработки, обеспечивающей получение твердости 60…63 HRC. Укажите, как этот режим называется и какая структура при этом получается. Опишите сущность происходящих превращений.
Термической обработкой, необходимой для получения твердости 60…63 HRC, является закалка.

Закалка – термическая обработка – заключается в нагреве стали до температуры выше критической, в выдержке и охлаждении со скоростью, превышающей критическую.
При закалке сталь У8 нагревают до температуры на 30-50°С выше точки Ас1 (Ас1 = 730°С). Среда охлаждения – вода. При таком нагреве образуется аустенит при сохранении некоторого количества цементита. После охлаждения структура стали состоит из мартенсита и нерастворимых частиц карбидов, обладающих высокой твердостью.

В чем заключается отрицательное влияние цементитной сетки на свойства инструментальной стали У10 и У12? Какой термической обработкой можно ее уничтожить? С помощью диаграммы состояния железо-цементит обоснуйте выбранный режим термической обработки.
При нагреве заэвтектоидной стали выше Аcm (линия ES) и медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита, ухудшающая механические свойства. Цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита.
Для устранения грубой сетки вторичного цементита заэвтектоидные стали подвергают нормализации.
Нормализацией называется нагрев доэвтектоидной стали до температуры выше Ас3, а заэвтектоидной – выше Аcm на 40-50°С с последующим охлаждением на воздухе.
При температуре нагрева заэвтектоидной стали выше Аcm на 40-50°С имеем структуру аустенита (100%). При снижении температуры до Аrm начинают появляться первые зерна цементита. При дальнейшем снижении температуры до Аr1 из аустенита будут образовываться только зерна цементита, а содержание углерода в остающемся аустените будет уменьшаться и при температуре Аr1 достигнет 0,8%. Ускоренное охлаждение на воздухе способствует тому, что цементит не успевает образовать грубую сетку, понижающую свойства стали. При снижении температуры ниже Аr1 из аустенита будет образовываться перлит.
Заэвтектоидная сталь после нормализации имеет структуру перлита и цементита.

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.



INTERKASSA Здесь находится аттестат нашего WM идентификатора 261722815476

Яндекс.Метрика