Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свойства и применение металлов и сплавов. Учебное пособие
.pdf
11
Ответ: 1) изучение строения и химических свойств металла или
сплава; 2) построение кривых охлаждения (нагревания) на основе
экспериментальных данных; 3) изучение температурной зависимости
удельного электрического сопротивления металла или сплава.
1.1.17. Что такое диаграмма состояния сплава?
Ответ: 1) графическое изображение зависимости предела прочности
сплава при растяжении от его состава и температуры окружающей
среды в условиях равновесия; 2) графическое изображение фазового
состояния сплава и критических точек в зависимости от температуры и
концентрации компонентов в условиях равновесия; 3) графическое
изображение агрегатного состояния сплава и его механических или
электрических свойств в зависимости от температуры и концентрации
компонентов в условиях равновесия.
1.1.18. Какие условия при проведении термического анализа
считаются равновесными?
Ответ: 1) такие, при которых процессы, протекающие в системе,
являются обратимыми; 2) такие, при которых обеспечивается
минимально возможная температура; 3) такие, при которых
обеспечивается максимальная скорость процессов.
1.1.19. В какой системе координат изображают диаграмму состояния
сплава?
Ответ: 1) скорость нагревания – концентрация компонентов;
2) температура – концентрация компонентов; 3) удельное сопротивление
сплава – температура.
1.1.20. Что такое линия ликвидуса?
Ответ: 1) граница зерна поликристаллического материала; 2) линия
на диаграмме состояния сплава, ниже которой сплав находится в
твердом состоянии; 3) линия на диаграмме состояния сплава, выше
которой сплав находится в жидком состоянии.
1.1.21. Что такое линия солидуса?
12
Ответ: 1) линия на диаграмме состояния сплава, ниже которой сплав
находится в твердом состоянии; 2) линия на диаграмме состояния
сплава, выше которой сплав находится в жидком состоянии; 3) граница
раздела фаз в неоднородном материале.
1.1.22. Какие свойства характерны для эвтектического сплава?
Ответ: 1) мелкодисперсная структура; 2) крупнодисперсная
структура; 3) температура плавления, более низкая, чем у исходных
компонентов и сплавов этих же элементов любого другого состава.
1.1.23. Какие сплавы называются заэвтектическими?
Ответ: 1) составы которых расположены на диаграмме состояния
сплава слева от эвтектики; 2) составы которых расположены на
диаграмме состояния сплава справа от эвтектики; 3) совпадающие по
составу с концентрацией компонентов сплава, соответствующей
эвтектоидному состоянию.
1.1.24. Что такое твердая эвтектика?
Ответ: 1) расплавленное состояние материала; 2) механическая смесь
кристаллов двух или более твердых веществ, одновременно
закристаллизовавшихся из жидкого сплава при температуре ниже
температуры плавления отдельных компонентов или любых других их
смесей;
3) сплав типа «твердый раствор замещения», состоящий из двух или
более твердых веществ, одновременно закристаллизовавшихся из
жидкого сплава при температуре выше температуры плавления
отдельных компонентов или любых других их смесей.
1.1.27. Что такое эвтектоид?
Ответ: 1) сплав типа «твердый раствор замещения», состоящий из
двух или более твердых веществ, одновременно закристаллизовавшихся
из жидкого сплава при температуре выше температуры плавления
отдельных компонентов или любых других их смесей; 2) механическая
смесь компонентов сплава, содержащая значительную концентрацию их
13
химического соединения; 3) сплав типа «механическая смесь
компонентов», состоящий из двух или более твердых веществ,
одновременно закристаллизовавшихся из твердой фазы при температуре
ниже температуры плавления отдельных компонентов или любых
других их смесей.
1.1.28. Существуют ли среди сплавов с неограниченной
растворимостью компонентов эвтектические?
Ответ: 1) нет, ни при каких условиях; 2) да, при определенной
температуре; 3) да, при определенных концентрациях компонентов.
1.1.29. Какие фазы содержит сплав с ограниченной растворимостью
компонентов А и В в твердом состоянии (по диаграмме состояния)?
Ответ: 1) жидкий сплав и химическое соединение компонентов;
2) жидкий сплав, твердый раствор компонента А в компоненте В и
твердый раствор компонента В в компоненте А; 3) жидкий сплав,
эвтектику и эвтектоид.
1.1.30. Какие фазовые состояния сплава типа «механическая смесь
компонентов» иллюстрирует диаграмма состояния?
Ответ: 1) жидкий сплав, твердые растворы компонентов;
2) жидкий сплав, смесь исходных компонентов; 3) жидкий сплав,
химическое соединение компонентов.
1.1.31.В чем сущность процесса модифицирования?
Ответ: модифицирование есть искусственное 1) изменение
условий кристаллизации; 2) увеличение числа центров
кристаллизации введением в расплав затравок; 3) ускорение
процесса кристаллизации.
1.1.32.Объясните значение всех критических точек и линий на
диаграмме состояния сплавов с ограниченной растворимостью
компонентов в твердом состоянии.
14
A
T
E
G
P S
C
D
F
K
Q
1.1.34.Почему в качестве конструкционных материалов наи-
большее применение нашли сплавы, у которых есть фазовые
превращения в твердом состоянии?
1.2. Сплав железо - углерод
Углерод — элемент, содержание которого определяет структуру
и свойства так называемых «черных» сплавов - сталей и чугунов.
Известно, что объем производства таких сплавов составляет 95 %
мирового выпуска металлопродукции [1-5].
Детальный разбор диаграммы состояния железо - углерод, точнее
железо - цементит (Fe – Fe3C) приведен в [1,2]. Необходимо обратить
внимание на то, чем характерны все критические точки и линии
диаграммы состояния, приведенной на рис.1.1, соответствующие им
температуры и концентрация
углерода.
Рис. 1.1. Диаграмма состояния Fe – Fe3C (в упрощенном виде)
15
Отметим некоторые особенности. В результате вторичной
кристаллизации по линии GS при охлаждении начинается превращение
аустенита в феррит вследствие аллотропического превращения γ-железа
в α-железо. Так как в феррите максимально растворяется 0,025 %
углерода (точка Р), то в аустените количество углерода все время
увеличивается и при температуре 1147 °С достигает 2,14 %. Каждая
точка линии GS показывает содержание углерода в аустените при
данной температуре. Критические точки, образующие линию GS,
принято обозначать при нагреве Асз, а при охлаждении—Аr3. По линии
ES при охлаждении из аустенита начинает выделяться вторичный
цементит вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените
при понижении температуры. Цементит содержит 6,67 % углерода,
поэтому в остающемся аустените количество углерода уменьшается.
Каждая точка линии ES показывает содержание углерода в аустените
при данной температуре.
Критические точки, образующие линию ES, принято
обозначать Асm. По линии PSK происходит окончательный распад
аустенита на перлит во всех сплавах системы. Из аустенита образуется
мелкая механическая смесь — эвтектоид, так как в равновесном
состоянии γ -железо при температуре ниже 727 °С существовать не
может, а α -железо практически углерод не растворяет (точка Р).
При температуре 727 °С во всех сплавах в аустените содержится
около 0,8 % С (точка S, куда сходятся линии GS и ES), значит, состав
перлита также постоянен и содержит 0,8 % углерода. Критические
точки, образующие линию PSK при нагреве обозначают Aс1, а при
охлаждении Аr1
Отметим, что температура, при которой из аустенита начинает
выделяться феррит или цементит (линии GS и ES), зависит от состава
16
сплава, а превращение аустенита в перлит происходит во всех сплавах
при одной и той же температуре (727 °С).
Необходимо отметить, что в простых углеродистых сплавах в
равновесном состоянии при температуре ниже 727 °С аустенит
существовать не может, он превращается в перлит (эвтектоидную смесь
феррита и цементита вторичного). Равновесные структуры
железоуглеродистых сплавов: аустенит, феррит, перлит, цементит,
ледебурит[1-5].
Существенна разница между эвтектикой и эвтектоидом: и то и другое
представляют собой сплав — мелкую механическую смесь, но эвтектика
— продукт первичной кристаллизации, она получается при
одновременной кристаллизации двух или нескольких фаз из жидкого
раствора, а эвтектоид — продукт вторичной кристаллизации, он
образуется при распаде сплава— твердого раствора, т.е. в результате
перекристаллизации из одного твердого состояния в другое. И эвтектика,
и эвтектоид образуются в том случае, если вещества друг в друге не
растворяются в твердом состоянии.
Эвтектика — ледебурит является характерным признаком белых
чугунов [1-3]. Содержание углерода может быть одинаковым и у
белых и у серых чугунов; отличаются они состоянием углерода. В серых
чугунах углерод имеет форму пластинок. Металлическая основа может
быть перлитной или ферритной.
При ответе на вопрос о превращениях в стали, например содержащей
1 % углерода, происходящих при медленном охлаждении от 1600 до
20°С, следует провести вертикаль на диаграмме состояния, отвечающую
заданному сплаву. Рядом с диаграммой необходимо вычертить кривую
охлаждения данного сплава, указать на ней температуры, соответствующие каждой критической точке. Далее следует описать структурные
превращения в каждой критической точке, происходящие в сплаве
заданного состава.
17
6,67
К
F
D
CE
A
G
Q L
P S
Эвтектика (ледебурит)
Феррит
+перлит
Перлит
Цементит (первич-
ный) + ледебурит
Цементит (первич-
ный) + ледебурит
Перлит + цементит
(вторичный) +
ледебурит
Цементит
(вторичн.)
+ перлит
Жидкость + це-
ментит
(первичный)
Жидкий р-р
Жидкий р-р +
аустенит
Твердый р-р
γ (аустенит)
Аустенит + цементит
(вторичный) +
ледебурит
Т
1
Т
2
Т
3
Т
4
А + Ц
II
0,006
0,8
1
2,14 3
4
4,3
5 6
% С
0,02
γ + α
1539
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
727
1500
Т, оС
1450
1340
800
727
Т
1
Т
2
Т
3
Т
4
Т, оС
Время
Таким образом, при охлаждении сплава до температуры Т1=1450 °С
(рис.1.2) идет охлаждение жидкого раствора. Из жидкого раствора
выделяются кристаллы аустенита - твердого раствора углерода в γжелезе. В интервале между температурами Т1=1450 и Т2=1340 ° С
количество кристаллов аустенита увеличивается, а количество жидкой
фазы уменьшается. В точке Т2=1340 °С происходит окончательное
затвердевание аустенита. В интервале температур между температурами
точками Т2=1340 °С и Т3=800 °С никаких превращений не происходит,
идет охлаждение аустенита. В точке Т3=800 °С начинается вторичная
кристаллизация: из аустенита начинает выделяться вторичный цементит,
так как растворимость углерода в железе с уменьшением температуры
уменьшается.
а б
Рис.1.2. Кривая охлаждения (а) и иллюстрация на диаграмме
состояния изменений фазового состояния стали, содержащей 1%
углерода, происходящих при медленном охлаждении от 1600 до 20°С (б)
18
Цементит — это химическое соединение железа с углеродом —
карбид железа (Fе3С). При дальнейшем понижении температуры
количество цементита увеличивается. Поскольку цементит содержит
6,67 % углерода, в остающемся аустените количество углерода
уменьшается в соответствии с точками линии ES. В точке Т = 727 °С
оставшийся аустенит, содержащий 0,8 % углерода (точка S ),
окончательно распадается на перлит. Перлит — это эвтектоид (сплав в
виде мелкой механической смеси феррита и цементита вторичного).
Окончательная структура сплава - перлит и цементит вторичный.
Задачи
1.2.1. Какие фазы входят в структуры сплавов железа с углеродом в
соответствии с диаграммой состояния (рис. 1.1) при нормальной
температуре?
Ответ: 1) феррит, аустенит, перлит, ледебурит, цементит; 2) феррит,
перлит, ледебурит; 3) феррит, перлит, ледебурит,чв цементит;
4) феррит, перлит; 5) феррит, цементит.
1.2.2. Какой сплав называется ферритом?
Ответ: 1) твердый раствор замещения углерода и других элементов в
α –железе с неограниченной растворимостью компонентов;
2) твердый раствор внедрения углерода и других элементов в α–железе;
3) сплав - химическое соединение железа с углеродом.
1.2.3. Какой сплав называется аустенитом?
Ответ: 1) твердый раствор внедрения углерода и других элементов в
γ-железе; 2) твердый раствор внедрения углерода и других элементов в
α–железе; 3) сплав - химическое соединение железа с углеродом.
1.2.4. Какой сплав называется цементитом?
Ответ: 1) сплав - химическое соединение железа с углеродом;
2) твердый раствор замещения железа с углеродом; 3) твердый раствор
внедрения углерода и других элементов в γ-железе.
19
1.2.5. По диаграмме Fe—Fe3C определите максимальное содержание
углерода в аустените при 800 °С.
Ответ: 1) 1 %; 2) 1,5 %; 3) 0,8 %.
1.2.6.При исследовании структуры стали установлено, что в ней
содержится примерно 30 % перлита. Каков состав этой стали по
углероду?
Ответ: 1) 0,3%; 2) 30%; 3) 0,25%.
1.2.7. Какая группа материалов называется сталями?
Ответ: 1) сплавы железо – углерод, содержащие вредные примеси,
технологические добавки с содержанием углерода менее 2,14 % , в
которых при кристаллизации образуется аустенит; 2) сплавы железо –
углерод, содержащие легирующие элементы, с содержанием более 2,14
% углерода, в которых при кристаллизации образуется троостит;
3) сплавы железо – углерод, содержащие технологические добавки, с
содержанием 0,8 % углерода, в которых при кристаллизации образуется
ледебурит.
1.2.8. Какие стали называются доэвтектоидными?
Ответ: 1) стали, содержащие более 0,8% углерода, – аустенит +
перлит; 2) стали, содержащие менее 0,8% углерода, – феррит + перлит;
3) стали, содержащие 0,8 % углерода, – феррит + перлит.
1.2.9. Какие стали называются эвтектоидными?
Ответ: 1) стали, содержащие более 0,8 % углерода, – аустенит +
перлит; 2) стали, содержащие 0,8 % углерода, –перлит; 3) стали,
содержащие менее 0,8 % углерода, – феррит + перлит.
1.2.10. Из каких компонентов состоит структура заэвтектоидной
стали?
Ответ: 1) из перлита; 2) из перлита и цементита; 3) из цементита и
феррита; 4) из цементита.
1.2.11. Какие фазы входят в структуру доэвтектоидной стали при
температуре 20° С?
20
Ответ: 1) перлит; 2) перлит + феррит; 3) феррит + аустенит;
4) феррит + цементит.
1.2.12. Из каких фаз состоит перлит?
Ответ: 1) аустенит+ цементит 2) феррит + аустенит; 3) феррит +
цементит.
1.2.13. При какой концентрации углерода находится условная граница
между сталями и чугунами?
Ответ: 1) 0,8 % ; 2) 2,14 % ; 3) 4,3 % ;4) 6,67 % С.
1.2.14. Какая группа материалов называется чугунами?
Ответ: 1) сплавы железо – углерод с содержанием более 2,14 %
углерода, в которых при кристаллизации образуется ледебурит;
2) сплавы железо – углерод с содержанием менее 2,14 % углерода, в
которых при кристаллизации образуется троостит; 3) сплавы железо –
углерод с содержанием 0,8 % углерода, в которых при кристаллизации
образуется аустенит.
1.2.15. Какой характер превращений отражают линии EF и РК
диаграммы Fe—Fe3C (рис. 1.1)?
Ответ: 1) EF — эвтектическое, РК — перитектическое; 2) EF
эвтектическое, РК — эвтектоидное; 3) EF — перитектическое, РК—
эвтектоидное ; 4) EF — перитектическое, РК— эвтектическое.
1.2.16. Какие компоненты входят в структуру доэвтектического
белого чугуна при нормальной температуре?
Ответ: 1) перлит + цементит; 2) перлит + феррит; 3) феррит +
аустенит + ледебурит; 4) перлит + цементит + ледебурит.
1.2.17. Что отличает ледебурит при температурах выше и ниже
727 °С?
Ответ: 1) химический состав; 2) фазовый состав; 3) различия нет.
1.2.18. В соответствии с диаграммой Fe—Fe3C (рис.1.1) эвтектика
(ледебурит) образуется в структуре сплавов, содержащих углерода
больше 2,14 %. Возможно ли на практике наличие ледебурита в
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]