Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Контрольния работа по материаловедению - файл 1.doc


Контрольния работа по материаловедению
скачать (770 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc770kb.24.11.2011 10:39скачать

Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Прокопьевский филиал
Контрольная работа

по материаловедению
Выполнил: Проверил:

студент гр.

ЗПЖТу – 09

Будаев С.Ю.

Прокопьевск, 2010

Вопрос 1. Отжиг II рода

Отжигом II рода называется термическая обработка, которая состоит из нагрева стали выше критических точек Ас1 или Ас3, выдержке и медленном охлаждении (с печью). В процессе нагрева и охлаждения происходят фазовые превращения Feα Feγ, которые определяют структуру и свойства стали. Feα – феррит – твердый раствор углерода в α-железе. Кристаллическое строение феррита ОЦК (объемно-центрированный куб). Feγ – аустенит – твердый раствор углерода в γ-железе. Аустенит имеет строение ГЦК (гранецентрированный куб).

После обжига углеродистые доэвтектоидные стали (до 0,8% С) получают структуру, состоящую из феррита и перлита, эвтектоидные (0,8% С) – перлит, а заэвтектоидные (> 0,8% С) – перлит и вторичный цементит. Перлит – это тонкая механическая смесь феррита и цементита. Цементит – карбид железа (Fe3C). Цементит, образовавшийся из аустенита называется вторичным (ЦII).

После отжига снижается прочность и твердость стали, повышается пластичность. Отжиг облегчает обработку резанием средне- и высокоуглеродистой стали. Измельчая зерно, снимая внутренние напряжения, отжиг способствует получению вязкости и пластичности стальных изделий после прокатки, ковки и литья.

Чаще отжиг II рода является подготовительной термической обработкой, например перед закалкой. Для многих крупных отливок отжиг является окончательной термической обработкой. Отжигу подвергают отливки, поковки, сортовой и фасонный прокат, трубы, горячекатаные листы и др.

Отжиг II рода может быть полным, неполным и изотермическим.

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-500С выше температуры, соответствующей критической точке Ас3. Точки Ас3 расположены на линии GS диаграммы Fe-Fe3C (рис. 1).


Рис. 1. Диаграмма состояния Fe-Fe3C
После нагрева сталь выдерживают при этой температуре до полного прогрева и завержения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. При нагреве ферритно-перлитная структура переходит в аустенит с мелким зерном. При охлаждении мелкозернистая структура приобретает высокую вязкость, пластичность и требуемые свойства после окончательной термической обработки. Нагрев при отжиге до более высоких температур приводит к росту зерна аустенита и к ухудшению свойств стали. Время нагрева и продолжительность выдержки зависит от типа нагревательных печей, способа укладки в них изделий, от типа полуфабриката (прокат, лист и др.).

Нагрев металла производят в печах периодического действия с выдвижным или стационарным подом, с газовым или электрическим нагревом, а также в проходных печах непрерывного действия с роликовым подом для равномерного прогрева и возможности механизации и автоматизации производства. Для защиты стали от окисления и обезуглероживания нагрев производят часто в защитной среде, например, 2% Со, 2% Н2 и 96% N2. Скорость охлаждения при отжиге зависит от устойчивости переохлажденного аустенита и состава стали. Стали углеродистые охлаждают со скоростью 100-1500С/ч, а легированные – медленнее - 40-600С/ч.

После распада аустенита в перлитной области ≈ 6000С некоторые изделия охлаждают на воздухе. Для изделий сложной конфигурации снятие напряжений происходит при медленном охлаждении с печью до комнатной температуры.

При неполном отжиге сталь нагревают выше критических точек Ас1, расположенных на линии PSK (7270С) (рис. 1). Доэвтектоидные стали подвергают неполному отжигу для улучшения обрабатываемости резанием. При неполном отжиге происходит частичная перекристаллизация при превращении перлита в аустенит при нагреве без превращений избыточного феррита. Такой отжиг конструкционных легированных сталей производят при 750-7700С с охлаждением со скоростью 30-600С/ч до 6000С, а затем - на воздухе.

Неполному отжигу подвергают эвтектоидные и заэвтектоидные стали. Нагрев этих сталей производят на 10-300С выше точки Ас1. Это вызывает практически полную перекристаллизацию и позволяет получать зернистую (сфероидальную) форму перлита вместо пластинчатого. Такой отжиг называют сфероидизацией. Для получения зернистой структуры цементита заэвтектоидные углеродистые стали могут нагревать до 770-7900С. Легированные стали для получения зернистых карбидов нагревают до 770-8200С. Медленное охлаждение (200С/ч) до 680-6200С обеспечивает распад аустенита на ферритно-карбидную структуру, сфереодизацию и коагуляцию (укрупнение) образовавшихся карбидов.

Стали после сфереодизации хорошо обрабатываются резанием, более пластичны, менее прочны и тверды. Твердость заэвтектоидной стали с пластинчатым перлитом НВ 228, а с зернистым НВ 163.

Изотермический отжиг применяют для поковок, штамповок, сортового проката небольших размеров из цементуемой легированной стали. Сталь нагревают так же для полного отжига на 30-500С выше Ас3 и сравнительно быстро охлаждают до температуры 600-6800С, при этой температуре назначают термическую выдержку 3-6 часов, необходимую для полного распада аустенита, после чего идет ускоренное охлаждение, чаще на воздухе. Нагрев ведут в печах с контролируемой атмосферой. Преимуществом изотермического отжига является сокращение длительности процесса и получение более однородной структуры по всему сечению изделия.
Вопрос 2.

Объясните, в чем заключается преимущество улучшения по сравнению с нормализацией при проведении упрочняющей термической обработки.

Ответ.

Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением. Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали (до 8% С) выше Ас3 на 40-500С, а заэвтектоидной стали на 40-500С выше Аст (рис. 1), непродолжительной выдержке для прогрева и последующем охлаждении на воздухе. Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистость, полученную при литье, ковке, штамповке. Структура стали после нормализации зернистая перлитно-сорбитная. Нормализация горячекатанной стали повышает ее сопротивление хрупкому разрушению, снижает порог хладноломкости.

Закалка с высоким отпуском, т.е. улучшение по сравнению с нормализацией или отжигом одновременно повышает предел прочности Gв, предел текучести, относительное удлинение δ, относительное сужение ψ, ударную вязкость КСИ.

Высокий отпуск после закалки 550-6800С производят с охлаждением на воздухе. При такой обработке мартенсит закалки распадается и образуется однородный сорбит с зернистым строением цементита. Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали (≥ 0,3-0,5% С) конструкционные с высоким требованием к пределу текучести, пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную прочность, уменьшая чувствительность стали к концентраторам напряжений, работу развития трещины, снижает температуру верхнего и нижнего порога хладноломкости, снимает остаточные напряжения от закалки, уменьшает склонность сталей к старению.

Вопрос 3.

Вычертите диаграмму состояния железо-цементит (карбид железа), укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?

Ответ.
Диаграмма Fe-Fe3C (железо – карбид железа) является диаграммой метастабильного равновесия. Она показывает состав и структуру сплавов с концентрацией от почти чистого железа до цементита (6,67% С). Диаграмма Fe-Fe3C (рис. 2) является основой для определения структуры и свойств железоуглеродистых сплавов. По диаграмме Fe-Fe3C можно определить структуру сплавов как после медленного охлаждения, так и после нагрева. Согласно диаграмме состояния для железоуглеродистых сплавов характерны следующие фазовые и структурные составляющие.

1) однофазные структуры феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в α-железо. Максимальная растворимость углерода в феррите 0,008% при 200С и 0,03% при 7270С. Кристаллическое строение – объемно-центрированный куб (ОЦК). Феррит магнитен, твердость НВ 80-100.

2) Аустенит (А) – твердый раствор углерода в γ-железе (Feγ). Кристаллическое строение - гранецентрированный куб (ГЦК). Предельная растворимость углерода в аустените 2,14% при t=11470С. Его твердость – НВ 160-200 при δ=40-50%.

3) Цементит – химическое соединение Fe3C. Температура плавления ~ 12600С. Кристаллическое строение сложное – ромбическое. Твердость >НВ 800, пластичность низкая, магнитен до 2100С. При нагреве может распадаться с выделением чистого графита.

4) Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь кристаллов феррита и цементита, образуется при 7270С при распаде охлаждающегося аустенита, содержит 0,8% С. В зависимости от формы частиц цементита, перлит может быть пластинчатым или зернистым. Твердость НВ 200-250 при δ=15%.

5) Ледебурит (Л) – механическая смесь кристаллов аустенита и цементита, образующаяся при 11470С при 4,3% С из жидкого сплава. Такой ледебурит называется высокотемпературным (до 7270С). При <7270С аустенит в ледебурите распадается с образованием перлита. Ледебурит при t≤7270С называется низкотемпературным и состоит из перлита и цементита.

На диаграмме Fe-Fe3C линия АВСD – граница начала первичной кристаллизации сплава. Она называется ликвидус (ликвид – жидкий). Линия AHJECF – линия солидус – граница застывания металла, t окончания вторичной кристаллизации. Для левого верхнего угла характерно аллотропическое превращение Feα,δ Feγ. По линии АВ из жидкого сплава выделяется твердый раствор углерода в δ-железе Feδ. В сплавах с содержанием до 0,1% С кристаллизация заканчивается по линии АНС с образованием α (δ) – твердого раствора. При 14990С – линия HJB – имеет место перитактическое превращение с образованием аустенита:

Fe + Feδ Feγ + Feα. Степень свободы по правилу фаз С = 2 + 1 – 3 = 0. Структура двухфазная по линии JB: а + ж. По линии NJE – после затвердевания образуется однофазная структура – аустенит (Feγ). По линии ВС и жидкости выделяется аустенит, а по линии CD – цементит, который называется первичным (ЦI). При 11470С по линии FCF для сплавов, содержащих от 2,14% до 6,67%, т.е. чугунов, происходит эвтектическое превращение:

Feγ4,3 Л (Feγ2,14 + Ц6,67).

Чугуны, содержащие 4,3% С называют эвтектическими, < 4,3% С – доэвтектическими, > 4,3% С – заэвтектическими. Доэвтектические чугуны затвердевают при 11470С по линии АЕ с образованием структуры Feγ + ЦII

а + ж а + ЦII + Л(а + Ц). Заэвтектические чугуны затвердевают по линии CF (11470С) Ц + ж ЦI + Л(а + Ц). При 7270С перекристаллизация чугунов заканчивается с образованием структур: в доэвтектических чугунах:

а + ЦII + Л(а + Ц) П + ЦII + Л(П + Ц)

в эвтектическом: Л(а + Ц) Л(П + Ц)

в заэвтектическом: ЦI + Л(а + Ц) ЦI + Л(П + Ц)

Сплавы, содержащие углерода до 2,14%, называются сталями. После первичной кристаллизации все стали имеют структуру аустенит. В точке S при 7270С аустенит распадается с выделением эвтектоида – перлита. Стали, содержащие 0,8% С, называются эвтектоиднвми, <0,8% С – доэвтектоидными, >0,8% С – заэвтектоидными.

Вторичная кристаллизация доэвтектоидной стали начинается по линии GS с выделения феррита из аустенита. Этот распад заканчивается при 7270С с образованием структуры, состоящей из перлита и феррита. Вторичная кристаллизация заэвтектоидных сталей начинается по линии SE, при этом из аустенита выделяются кристаллы цементита вторичного: а а + ЦII.

Заканчивается вторичная кристаллизация заэвтектоидных сталей при 7270С с образованием структуры, состоящей из перлита и цементита вторичного:

а + ЦII ЦII + п. Такая структура сохраняется при комнатной температуре.

Заданный сплав содержит 0,5% С и является доэвтектоидной сталью. Кристаллизация первичная этого сплава начинается при t1=15000С, при этом из жидкого раствора выделяется аустенит:

ж а + ж.

Степень подвижности сплава С = к + 2 – Ф, где к – число компонентов, 2 – внешние факторы, Ф – число фаз. Значит

С1-2 = 2(Fe,C) – 1 – 2(а,ж) = 1.

Система испытывает изменение температуры. При t2=15100С первичная кристаллизация заканчивается, весь сплав переходит в аустенит: а + ж а. Степень подвижности сплава

С2-3 = 2(Fe,C) – 1 + 1 = 2.

При t3=7800С начинается вторичная кристаллизация, при которой из аустенита начинают выделяться кристаллы феррита а а + ф, степень подвижности сплава

С = 2(Fe,C) + 1 + 2(а+ф) = 1.

Процесс идет с изменением температуры. При t4=7270C заканчивается кристаллизация углеродистой доэвтектоидной стали, содержащей 0,5% С. Аустенит окончательно распадается с образованием структуры: феррит + перлит: а + ф а + п, степень подвижности сплава

С4 = 2к + 1 + ф = 2(Fe,C) + 1 + 3(А,ФЦ) = 0.

Система нонвариантна.

В дальнейшем сплав просто остывает, остается прежняя структура – феррит + перлит.


Литература


  1. Материаловедение / Под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 648 с.

  2. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов и др. – М.: Высшая школа, 2005. – 862 с.

  3. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Машиностроение, 1990. – 380 с.



Скачать файл (770 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru