Архив ZIP - WinRAR (2) / Материаловедение Экзамен / Билет 31

Билет 31

№1 Диаграмма состояния компонентов с неограниченной растворимостью. Условия образования неограниченных твердых растворов. Как определяется количество и состав фаз во время кристаллизации.

Твёрдый раствор – фаза, в которой сохраняется кристаллическая решетка основного компонента (растворителя).

Условия образования неограниченных твердых растворов:

• одинаковый тип кристаллической решётки компонентов;

• различие в атомных размерах компонентов не более 8…15%;

• расположение элементов в одной и той же или соседних группах таблицы Менделеева.

Единственное фазовое превращение такой системы – кристаллизация. Фазы:-Ж;-Тв.растворы (α=А(В)=В(А))

Рассматривают диаграмму при равновесии(при очень медленном охлаждении).Правило фаз Гибса: С=К-Ф+q,где К-чилсо компонентов, Ф-фаз в равновесии, q- кол-во независимых параметров, С-число степеней свободы показывает насколько сложно менять параметры системы без изменения её состояния)(С=2-2+1=1).

Совокупность точек tн-линия ликвидус(начало кристаллизации).Выше неё Ж. Совокупность tк –линия солидус(конец кристаллизации).Ниже неё α-тв.р-р.Между этими линиями в равновесии находится 2 фазы: Ж и α-тв.р-р. Точки 1 и 5 – температуры плавления(кристаллизации) чистых компонентов.

Правило отрезков нужно для определения количественного соотношения фаз в данном сплаве при конкретной температуре. Возьмём точку Р на рисунке. Ж=(PN/NM)*100%; α=(MP/PN)*100%.

Диаграммы строят методом термического анализа, кот.заключ. в экспериментальном построении кривых охлаждения нескольких сплавов с различной концентрацией компонентов А и В в координатах температура-время. На кривых отмечаются точки перегибов , соответствующие критическим температурам фазовых превращений. Далее данные переносят на координаты температура-состав. Совокупности этих точек дают линии фазовых превращений.

№2 Мартенситное превращение в стали. Механизм мартенситного превращения, строение и свойства мартенсита. Влияние углерода и легирующих элементов на температуру Мн и Мк.

Мартенситное превращение протекает в интервале температур М_н-М_к (рис. 33).

Механизм мартенситного превращения – бездиффузионный. При непрерывном быстром охлаждении аустенита со скоростью выше критической (V_КР - критическая скорость закалки – минимальная скорость охлаждения для получения мартенсита) диффузии углерода не происходит, идет только полиморфное γ→α превращение:

Feγ(C)0,8%C→ Feα(C)0,8%C.

Образуется мартенсит – пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе.

Кристаллическая решётка мартенсита - тетрагональная (Рис.34), в ней отношение периодов с/а≠1. Чем больше в мартенсите углерода, тем больше степень тетрагональности (с/а).

Рис.34. Кристаллическая решетка мартенсита

Мартенсит – структура закаленной стали, обладает высокой твердостью. Это объясняется искажениями кристаллической решётки, вызванными повышенным содержанием в ней углерода, увеличением плотности дислокаций до 10¹²см^-2. Чем больше в мартенсите углерода, тем выше его твердость. Твердость мартенсита стали с содержанием углерода 0,8% – 63…65 HRC.

Мартенсит имеет игольчатое строение (рис. 35).

Рис. 35. Строение мартенсита: а – схема, б – микроструктура

Основные особенности мартенситного превращения:

• превращение А→М идет по бездиффузионному механизму;

• превращение А→М идёт с увеличением объёма , что вызывает значительные остаточные напряжения;

• мартенситное превращение не идёт до конца, в структуре сохраняется остаточный аустенит (А_ОСТ).

Количество А_ОСТ зависит от содержания углерода и легирующих элементов в стали, которые влияют на положение точек начала и конца мартенситного превращения (рис. 36). При содержании углерода более 0,6% М_К опускается в область отрицательных температур. Чем больше углерода и легирующих элементов, тем ниже М_Н и М_К и тем больше в структуре остаточного аустенита.

Рис. 36. Влияние содержания углерода (сплошные линии) и легирующих элементов (пунктирные линии) на температуру мартенситных точек М_Н и М_К

№3 Отжиг стали. Назначение, разновидности, получаемая структура.

Цель отжига – получение равновесной структуры. Это достигается путем медленного охлаждения детали вместе с печью (рис. 38). Структуры сталей после отжига соответствуют равновесной диаграмме состояния (Fe-Fe3C):

доэвтектоидных - П+Ф,

эвтектоидной – П,

заэвтектоидных – П+ЦII.

Рис. 38. Диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали с нанесенными на нее скоростями охлаждения при различных видах термообработки

Виды отжига:

Рекристаллизационный отжиг проводится для снятия наклёпа. Температура нагрева сталей 650…700°С (Рис.39).

Отжиг для снятия остаточных напряжений (в отливках, сварных соединениях и др.) проводится при температуре 550..650°С.

Диффузионный отжиг (гомогенизация) применяется для легированных сталей с целью устранения химической и структурной неоднородности, Тнагр= 1100..1200°С (Рис.39), выдержка 15..20 часов. После диффузионного отжига формируется крупнозернистая структура (П+Ф).

Полный отжиг проводится для доэвтектоидных сталей с целью получения мелкозернистой равновесной структуры с пониженной твёрдостью и высокой пластичностью и снятия внутренних напряжений. Полный отжиг проводится при температуре на 30..50°С выше линии АС3 (Рис.38), происходит полная фазовая перекристаллизация, структура – П+Ф, мелкозернистая. Полный отжиг заэвтектоидных сталей не применяется, так как приводит к образованию структуры П+ЦII с хрупкой цементитной сеткой.

Неполный отжиг доэвтектоидных сталей проводится при температуре на 10…30°С выше линии АС1 (Рис.39) с целью снизить твёрдость для улучшения обработки резанием. Происходит частичная перекристаллизация. Применяется вместо полного отжига, если не требуется измельчение зерна.

Для заэвтектоидных сталей назначается только неполный отжиг. Он проводится при температуре на 10…30°С выше линии АС1 (Рис.39) с целью получения зернистого перлита. Такой отжиг называется сфероидизирующим.

Изотермический отжиг применяется для легированных сталей и заключается в нагреве выше линии АС3, быстром охлаждении до 620…660°С с последующей изотермической выдержкой в течение 3…6 часов до полного распада аустенита с образованием сорбита пластинчатого. Далее ведут охлаждение на воздухе.

Рис. 39. «Стальной угол» диаграммы состояния Fe-Fe3C с нанесенными температурами нагрева при различных видах отжига

№4 Предложить марки сталей для пружин диаметром 5 мм и 20 мм. Назначьте термическую обработку, опишите структуру и свойства.

для d=5 70

для d=10 60С2А (кремний повышает предел упругости и прокаливаемость)

ТО: зак+С.О.

стр-ра: Тотп.(пластинч)

св-ва:высок.предел упругости и выносливости