Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Иркутский национальный исследовательский государственный технический университет

Заочно-вечерний факультет

Кафедра общеобразовательных дисциплин

Контрольная работа

по дисциплине «Материаловедение»

Вариант№ 37

Выполнил:

студент

группы АТбз 13-1

Грибенко Л. О.

Проверил:

преподаватель

Константинова М. В.

Содержание

1. Объясните, почему деформирование свинца при комнатной температуре считают горячим (температура плавления свинца 327°С), а деформирование вольфрама при 1000°С является холодным (температура плавления вольфрама 3410°С). 4

2. Вычертите диаграмму^- состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите фазовые и структурные превращения в сплаве, содержащем 4,1% углерода, при охлаждении из жидкого состояния. Постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз Гиббса) для этого сплава. Укажите название и структуру сплава при комнатной температуре. По правилу Курнакова определите количественное соотношение фаз в сплаве при температуре 800°С. 6

3. Режущий инструмент из стали У10 был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев, и как можно исправить этот дефект? Произведите исправление структуры и назначьте режим термической обработки, обеспечивающий нормальную работу инструмента. Опишите превращения структуры стали. 8

4. Для изготовления деталей, работающих в окислительной атмосфере при 800°С, выбрана сталь 12Х18Н9Т. Укажите примерный состав (в соответствии с маркой) и определите структурный класс стали, обоснуйте выбор стали для данных условий работы. Объясните влияние хрома. Назначьте термообработку, охарактеризуйте свойства стали. 10

Сталь 12Х18Н9Т обладают достаточно высокой жаростойкостью при 600-800 °С. 11

Хром, содержание которого в стали составляет 17-19%, представляет собой основной элемент, обеспечивающий способность металла к пассивации и обеспечивающий ее высокую коррозионную стойкость. 11

Для снятия напряжений и улучшения стойкости сварных соединений кроме закалки сварные конструкции подвергают стабилизирующему отжигу при 850-900°С. 11

5. Что такое резина? В чем состоит процесс вулканизации? Опишите (в общем) состав и свойства резин. 12

Список использованной литературы 17

1. Объясните, почему деформирование свинца при комнатной температуре считают горячим (температура плавления свинца 327°С), а деформирование вольфрама при 1000°С является холодным (температура плавления вольфрама 3410°С).

В зависимости от отношения температуры деформации к температуре рекристаллизации различают холодную и горячую деформацию.

Холодной деформацией называют обработку давлением при температурах ниже температуры начала рекристаллизации. При холодной деформации рекристаллизация не происходит. Металл упрочняется, приобретает волокнистое строение. Зерна вытягиваются в направлении действующей силы (образуется текстура деформации).

Изменение структуры и свойств при холодной пластической деформацией:

1) анизотропия формы зерна; изменение ориентация зерен – они вытягиваются в напряжении нагрузки

2) увеличение плотности дислокаций; увеличение конца вакансий; внутри зерен образуются субзерно с различной кристаллографической ориентировкой.

3) Упрочнение (наклеп), снижение пластичности, анизотропия свойств.

Горячей деформацией называют обработку давлением при температурах выше температуры начала рекристаллизации. В этом случае одновременно с деформацией происходит рекристаллизация металла: деформированные зерна практически мгновенно заменяются новыми равновесными. Высокая пластичность и низкая твердость и прочность сохраняются в течение всего процесса деформации. Наклепа не происходит.

При t больше tпр в сплаве также протекают процессы разупрочнения, что связано с динамической полигонизацией и рекристаллизацией. Динамическая полигонизация сопровождается увеличением плотности дислокаций в субзернах, динамическая рекристаллизация отличается тем, появившиеся рекристаллические зерна из-за продолжающейся деформации наклепываются.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

1 стадия – первичная рекристаллизация(обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой.

2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в самопроизвольном росте одних рекристаллизационых зерен за счет соседних, путем перемещения больше угловых границ.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления

Температура начала рекристаллизации свинца:

Трекр = 0,4 (327 + 273) = 240 К, тогда tрекр. = (240 – 273) = -33 °С

Деформирование свинца при комнатной температуре является горячей деформацией

Температура начала рекристаллизации вольфрама:

(3410 + 273) ·0,4 – 273 = 1200°С.

Деформирование вольфрама при комнатной температуре является холодной деформацией.

2. Вычертите диаграмму^- состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите фазовые и структурные превращения в сплаве, содержащем 4,1% углерода, при охлаждении из жидкого состояния. Постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз Гиббса) для этого сплава. Укажите название и структуру сплава при комнатной температуре. По правилу Курнакова определите количественное соотношение фаз в сплаве при температуре 800°С.

При определенных условиях в железоуглеродистых сплавах могут существовать в равновесии одновременно три фазы. В системе железо-карбид железа происходят три изотермических превращения (на кривых охлаждения им соответствуют горизонтальные площадки):

Линия HIB (1499 °С) соответствует перитектическому превращению:

Ф_Н + Ж_В → А_I;

Линия ECF (1147 °С) соответствует эвтектическому превращению:

Ж_С → [А_Е + Ц] ледебурит;

Линия PSK (727 °С) соответствует эвтектоидному превращению

А_S → [Ф_Р +Ц] перлит.

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.

При охлаждении белого доэвтектического чугуна (2,14<С<4,3 сплав1) в интервале температур от точки 1 до точки 2 происходит кристаллизация аустенита (Ф=2, С=1), состав жидкости при этом стремиться к точке С. При достижении температуры точке 3 (линия ЕСF) происходит изотермическое эвтектическое превращение оставшейся жидкости с образованием ледебурита по реакции 2 (Ф=3, С=0), на кривой охлаждения – площадка 2-2. В интервале температур от точки 2 до точки 3 происходит выделение из аустенита вторичного цементита, состав аустенита при этом стремиться к точке S(Ф=2, С=1). При достижении температуры точки 3 линия (PSK) происходит изотермическое эвтектоидное превращение с образованием перлита по реакции 3 (Ф=3, С=0), на кривой охлаждения – площадки 3-3. При температуре ниже точки 3 происходит выделение из феррита цементита третичного (Ф=3, С=1). Структура белого довтектического чугуна при комнатной температуре- перлит, цементит вторичный и ледебурит.

 а)                                                                                                     б)

Рисунок 3: а - диаграмма железо-цементит, б - кривая охлаждения для сплава, содержащего 4,1% углерода

3. Режущий инструмент из стали У10 был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев, и как можно исправить этот дефект? Произведите исправление структуры и назначьте режим термической обработки, обеспечивающий нормальную работу инструмента. Опишите превращения структуры стали.

При слишком высоких температурах и чрезмерно длительных выдержках происходит образование крупнозернистой структуры, называемой структурой перегрева. Перегрев характеризуется крупнокристаллическим блестящим изломом.

Перегрев заэвтектоидной стали может быть устранен нормализацией. Нормализация заключается в заэвтектоидной стали до температуры выше точки А_сm также на 40-50°С, в непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждении на воздухе. Температура нормализации стали У10 составляет 830-850°С.

Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность ферритно-цементитной структуры и увеличивает количество перлита или, точнее, сорбита или троостита.

Для получения необходимых эксплуатационных свойств сталь необходимо подвергнуть закалке и низкому отпуску.

При комнатной температуре сталь У10 имеет структуру цементита и перлита. До температуры А_c1сохраняется исходная структура. При температуре А_c1 происходит превращение перлита в аустенит с содержанием углерода 0,8%. При нагреве выше точки А_с1 происходит растворение цементита в аустените (в соответствии с линией SE). Увеличение температуры выше точки А_сm вызывает рост зерна аустенита.

Критические точки для стали У10: А_c1 = 730°С; А_cm = 800°С.

Для закалки заэвтектоидные стали нагревают на 50-70°С выше точки А_с1. Таким образом, температура нагрева под закалку составляет 780-800°С. При этих температурах в стали наряду с аустенитом имеется цементит. Поэтому после закалки в структуре заэвтектоидных сталей будет мартенсит с цементитом и небольшое количество остаточного аустенита. Охлаждающая среда при закалке – индустриальное масло. Твердость поверхности после закалки 62-64 HRC. Для снятия напряжений и стабилизации структуры после закалки изделия подвергают низкому отпуску.

4. Для изготовления деталей, работающих в окислительной атмосфере при 800°С, выбрана сталь 12Х18Н9Т. Укажите примерный состав (в соответствии с маркой) и определите структурный класс стали, обоснуйте выбор стали для данных условий работы. Объясните влияние хрома. Назначьте термообработку, охарактеризуйте свойства стали.

Сплав 12Х18Н9Т применяется в сварных конструкциях, работающих в контакте с азотной кислотой и другими средами окислительного характера; в некоторых органических кислотах средней концентрации, органических растворителях, атмосферных условиях и т.д. Изготавливают емкостное, теплообменное и другое оборудование.

Для изготовления сварных конструкций в криогенной технике при температуре до —269 °С.

Сталь выплавляют в дуговых электропечах.

Химический состав сплава 12Х18Н9Т

C	Cr	Fe	Mn	Ni	P	S	Si	Ti
≤0,12	17-19,0	Осн.	≤2,0	8-9,5	≤0,035	≤0,020	≤0,8	5·С-0,8

Коррозионная стойкость сплава 12Х18Н9Т

По ГОСТ 7350-77, ГОСТ 5582-84, ГОСТ 4986-78, ГОСТ 5945-75, ГОСТ 18143-72, ГОСТ 9940-81 и ГОСТ 9941-81 сталь 12Х18Н10Т и по ГОСТ 7350-77, ГОСТ 5945-75, ГОСТ 18143-72 сталь 12Х18Н9Т должны быть стойки против межкристаллитной коррозии при испытании по методам AM и АМУ ГОСТ 6032-89 с продолжительностью выдержки в контрольном растворе соответственно 24 и 8 ч. Испытания проводят после провоцирующего нагрева при 650 °С в течение 1 ч.

При непрерывной работе стали устойчивы против окисления на воздухе и в атмосфере продуктов сгорания топлива при температуре до 900 °С и при работе в условиях теплосмен до 800 °С.