ПриложениЯ

п.1. Оформление титульного листа домашнего

зАдания

П.2. Пример выполнения домашнего задания

«Анализ двойных диаграмм»

Задание №10–д

1. Общий анализ диаграммы состояния системы «Ti – W».

2. Для сплава, содержащего 40 % W:

• описать процесс кристаллизации при очень медленном охлаж­дении и, пользуясь правилом фаз, построить кривую охлаж­дения с указанием фазовых превращений на всех участках кривой;

• указать, из каких фаз будет состоять сплав при температу­ре 1200 °С, состав фаз и их количество (вес) на 1 килограмм сплава.

1. Общий анализ диаграммы.

Титан и вольфрам неограниченно растворяются в жидком состоянии, образуя неограниченный жидкий раствор Ж. В твёрдом состоянии они растворяются друг в друге ограниченно, образуя три ограниченных твёрдых раствора: α-твёрдый раствор в α-модификации титана, β-твёрдый раствор вольфрама в β-модификации титана и γ-твёрдый раствор титана в вольфраме. Химических соединений титан и вольфрам не образуют.

В системе «Титан – вольфрам» протекают два нонвариантных превращения: перитектическое и эвтектоидное.

При температуре 1880 °С протекает перитектическая реакция, заключающаяся в том, что жидкий раствор Ж, содержащий 25 % вольфрама, взаимодействует с ранее выпавшими из него кристаллами γ-твёрдого раствора, содержащего 92 % вольфрама, в результате чего образуется новая фаза – кристаллы β-твёрдого раствора, содержащие 50 % вольфрама:

При температуре 715 °С протекает эвтектоидное превращение, при котором β-твёрдый раствор, содержащий 28 % вольфрама, распадается в смесь α-твёрдого раствора, содержащего 0,8 % вольфрама, и γ-твёрдого раствора, содержащего 96 % вольфрама:

2. Описание процесса кристаллизации сплава с 40 % вольфрама.

При температурах выше 2350° сплав находится в жидком состоянии и состоит из одной фазы – жидкого раствора Ж. На этом участке охлаждения в сплаве не происходит никаких фазовых превращений, наблюдается простое физическое охлаждение жидкого раствора. Система бивариантна: ,где.

При достижении температуры 2350 °С в сплаве начинается процесс первичной кристаллизации, который состоит в том, что из жидкого раствора будут выпадать первичные кристаллы γ-твёрдого раствора (Ж → γ). Этот процесс является моновариантным: ,

где , сопровождается выделением тепла и идёт в интервале температур. На кри­вой охлаждения при температуре 2350 °С будет наблюдаться перегиб. Выпадениеγ-твёрдого раствора из жидкого раствора будет продолжаться до температуры 1880 °С, при этом состав жидкого раствора будет изме­няться по отрезку линии ликвидус от точки 1 к точке 2', а состав кристаллов γ-твёрдого раствора – по отрезку линии солидус от точки 1'' к точке 2". К моменту достижения сплавом температуры 1880 °С он состоит из первичных кристаллов γ-твёрдого раствора и жидкого раствора.

При температуре 1880° в сплаве будет протекать перитектическое превращение: жидкий раствор будет взаимодействовать с кристаллами γ-твёрдого раствора, в результате чего будут образовываться крис­таллы β-твёрдого раствора:

Это превращение нонвариантно: , где, поэтому идёт при постоянной температуре и указанных концентрациях фаз. На кривой охлаждения температуре 1880 °С будет соответствовать горизонтальная площадка. Поскольку в сплаве жидкого раствора больше, чем необходимо для перитектического превращения, сплав в момент окончания превращения (точка 2' на кривой охлаждения – рисунок) будет состоять из кристалловβ-твёрдого раствора и остатка жидкого раствора.

При охлаждении от 1880 °С до 1820 °С остаток жидкого раствора будет кристаллизоваться в β-твёрдый раствор. Превращение моновариантно: , где, сопровождается выделением тепла и идёт в интервале температур, при этом состав жидкого раст­вора будет изменяться по линии ликвидус от точки 2' до точки 3' (см. рисунок), а состав кристалловβ-твёрдого раствора – по линии солидус от точки 2'" до точки 3. К моменту достижения температуры 1820° сплав состоит только из кристаллов β-твёрдого раствора.

В интервале температур 1820 °С до 1500 °С ни каких фазовых превращений в сплаве не происходит, идёт простое физическое охлаждение нена­сыщенного β-твёрдого раствора. Система бивариантна: ,где) и при температуре 1820 °С на кривой охлаждения будет перегиб.

При температуре 1500 °С β-твёрдый раствор достигнет предела насыщения и в связи с тем, что при дальнейшем понижении температуры растворимость вольфрама в титане понижается, β-твёрдый раствор становится пересыщенным и избыток вольфрама выделяется из него со вто­ричными кристаллами γ-твёрдого раствора ().

Рис. Диаграмма состояния системы «Ti – W» и кривая охлаждения сплава с 40 % W.

Состав β-твёрдого раствора будет изменяться по линии сольвус от точки 4 к точке 5'''. В связи с понижением растворимости титана в вольфраме γ-твёрдого раствора будут выпадать вторичные кристаллы β-твёрдого раствора (). Составγ-твёрдого раствора будет меняться по другой линии сольвус от точки 4'' к точке 5". Сплав моновариантен: где, процессы идут в интер­вале температур, а на кривой охлаждения при 1500 °С будет перегиб.

К моменту достижения сплавом температуры 715 °С его структура состоит из кристаллов β-твёрдого раствора, образовавшегося в результате перитектического превращения при 1860 °С, и тех кристаллов β-твёрдого раствора, в которые закристаллизовался остаток жидкого раствора в интервале 1880 °С – 1820 °С. Кроме того, в структуре сплава будут вторич­ные кристаллы γ- и β-твёрдых растворов, выпавшие в интервале 1500 °C –715 °C. При температуре 715 °С в сплаве будет протекать эвтектоидное превращение: β-твёрдый раствор будет распадаться в смесь кристаллов

α- и γ-твёрдых растворов:

Эвтектоидное превращение нонвариантно: , где, идёт при постоянной температуре 715 °С и указанных концентрациях фаз и поэтому температуре 715 °С на кривой охлаждения будет соответствовать горизонтальная площадка. В момент окончания эв-тектоидного превращения (точка 5' на кривой охлаждения – рисунок) структура сплава будет состоять из вторичных кристалловγ-твёрдого раствора и эвтектоида

При дальнейшем охлаждении ниже 715 °С вследствие понижения растворимости вольфрама в титане из α-твёрдого раствора будут выпадать третичные кристаллы γ-твёрдого раствора и состав его будет изме­няться по линии сольвус от точки 5' до точки 6' (см. рисунок), а вследствие понижения растворимости титана в вольфраме из γ-твёрдого рас­твора будут выпадать вторичные кристаллы α-твёрдого раствора.

Ниже 715 °С сплав моновариантен: и состоит из двух фаз (α- и γ-твердые растворы). Описанные процессы (сопровождаются выделением тепла и идут в интервале темпе­ратур.

Так как после эвтектоидного превращения в сплаве нет структурно самостоятельных кристаллов α-твёрдого раствора, а есть лишь мелкие кристаллы α-твёрдого раствора, входящие в состав эвтектоида и при средних увеличениях невидимые в микроскоп, то выпадающие из них еще более мелкие третичные кристаллы γ-твёрдого раствора тем более не будут видны; они останутся внутри эвтектоида и сольются с эвтектоидными кристаллами γ-твёрдого раствора.

Таким образом, окончательная структура сплава будет состоять из вторичных кристаллов γ-твёрдого раствора, эвтектоида и вторичных кристаллов α-твёрдого раствора:

3. Определение состава и количества фаз на 1 килограмм сплава.

При температуре 1200° сплав с 40 % вольфрама:

• состоит из двух фаз: (β-твёрдого раствора и γ-твёрдого раствора;

• β-твёрдый раствор содержит 34 % W и 66 % Ti;

• γ-твёрдый раствор содержит 95 % W и 5 % Ti;

• вес β-твёрдого раствора: ;

• вес γ-твёрдого раствора: .

Для выработки навыка разбора процессов, происходящих при охлаждении конкретного сплава, необходимо обязательно выполнение следующих действий: строить кривую охлаждения разбираемого сплава; против участков кривой охлаждения схематично изображать состояние фаз (структуру) сплава; письменно объяснять процесс, происходящий в сплаве при рассматриваемых температурных условиях.

П.3. Диаграмма «Железо – азот»

П.4. Диаграмма «Медь – бериллий»

П.5. Диаграмма «Медь – алюминий»

СОДЕРЖАНИЕ

	Введение	3
1.	Методические указания к самостоятельному изучению основных разделов дисциплины	4
	1.1. Строение металлов	4
	1.2 Кристаллизация и структура металлов и сплавов	4
	1.3. Механические свойства материалов	5
	1.4. Диаграммы состояния сплавов	6
	1.5. Диаграмма «Железо-углерод (цементит)»	7
	1.6. Железоуглеродистые сплавы	7
	1.7. Теория и практика термической обработки углеродистых сталей	8
	1.8.Закалка и отпуск углеродистых сталей	9
	1.9. Легированные стали	9
	1.10. Упрочнение сплавов	10
	1.11. Конструкционные стали	11
	1.12. Коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы	12
	1.13. Инструментальные стали	13
	1.14. Твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые и абразивные материалы	13
	1.15 Титановые и медные сплавы	14
	1.16. Алюминиевые и магниевые сплавы	14
	1.17. Неметаллические материалы	15
2.	Домашнее задание «Анализ двойных диаграмм»	17
	2.1. Методические указания по выполнению домашнего задания «Анализ двойных диаграмм»	17
	2.2. Цели и задачи изучения диаграмм состояния	17
	2.3. Правило фаз	18
	2.4. Правило отрезков	19
	2.5. Общий обзор диаграмм состояния сплавов	20
	2.6. Описание диаграммы состояния сплава	25
	2.7. Построение кривой охлаждения заданного сплава и описание процесса кристаллизации	27
	2.8. Анализ состояния сплава при заданной температуре	30
	2.9. Варианты заданий для домашнего задания «Анализ двойных диаграмм»	31
3.	Домашнее задание «Теория и практика материаловедения»	42
	2.1. Методические указания по выполнению домашнего задания	42
	2.2. Варианты заданий для домашнего задания «Теоретические вопросы материаловедения»	43
	2.3. Варианты заданий для домашнего задания «Выбор материала и способа его упрочнения с учетом производственного назначения детали»	55
4.	Методические указания к лабораторным работам	70
	4.1. Лабораторная работа №1 «Микроскопический анализ сталей»	70
	4.2. Лабораторная работа №2 «Изучение процесса кристаллизации»	83
	4.3. Лабораторная работа №3 «Построение диаграммы состояния «Свинец – олово» термическим методом»	92
	4.4. Лабораторная работа №4 «Микроструктура железоуглеродистых сплавов»	103
	4.5. Лабораторная работа №5 «Термическая обработка стали»	116
	4.6. Лабораторная работа №6 «Микроструктуры термически обработанных сталей»	126
5.	Библиографический список	133
6.	Приложения	134
	П.1. Пример оформления титульного листа	134
	П.2. Пример выполнения домашнего задания ««Анализ двойных диаграмм»	135
	П.3. Диаграмма «Железо – азот»	140
	П.4. Диаграмма «Медь – бериллий»	141
	П.5. Диаграмма «Медь – алюминий»	142
	Содержание

125