Архив ZIP - WinRAR (2) / Материаловедение Экзамен / БИЛЕТ 32

БИЛЕТ № 32

№1 Диаграмма состояния компонентов, образующих ограниченные твердые растворы с переменной растворимостью и эвтектику. Структуры доэвтектического, эвтектического и заэвтектического сплавов.

. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью и эвтектикой

Компоненты образуют твердые растворы с ограниченной растворимостью: α – твердый раствор компонента В на базе кристаллической решетки компонента А, и β – твердый раствор компонента А на базе кристаллической решетки компонента В (рис.17). ACB – линия ликвидус. AECDB – линия солидус. Линии EF и DK – линии переменной растворимости. При охлаждении по линии EF из α-твердого раствора выделяются избыточные кристаллы β_II компонента В, а по линии DK – избыточные кристаллы α_II компонента А. В точке С кристаллизуется эвтектика. Эвтектика – смесь двух твердых фаз, образованная из жидкой фазы.

Жс → (α+β) – эвтектика.

Сплав с содержанием компонентов в точке С называют эвтектическим, сплавы левее точки С – доэвтектические, а правее – заэвтектические. Эвтектический сплав имеет наименьшую температуру плавления. Эвтектика кристаллизуется при постоянной температуре (как чистые металлы), остальные сплавы – в диапазоне температур. Сплавы с твердыми растворами ограниченной растворимости и эвтектикой имеют широкое применение (Al-Cu, Al-Si и др.).

Рис.4.2. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью и эвтектикой.

Структуры железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии

Различают три группы сплавов железа с углеродом: техническое железо, стали и чугуны.

Техническое железо – сплавы с содержанием углерода менее 0,02%, их структура: Ф+Ц_III (Рис. 20а).

Стали –сплавы с содержанием углерода от 0,02% до 2,14%С:

• доэвтектоидные стали, 0,02%<С<0,8%, их структура - Ф+П (Рис.20 б,в);

• эвтектоидная сталь содержит 08%С, структура - П (Рис.20 б,г);

• заэвтектоидные стали, 0,8%<%С<2,14%, структура - П+Ц_II (Рис.20 д,е).

Чугуны – сплавы с содержанием углерода от 2,14% до 6,67%С. Чугуны, в которых весь углерод находится в виде цементита, называют белыми:

• - доэвтектические белые чугуны, 2,14%<%С<4,3%, структура П+Л+Ц_II (Рис.20 ж);

• - эвтектический белый чугун, 4,3%С, структура – Л (Рис.20 з);

• - заэвтектические белые чугуны, 4,3%<%С<6,67%, структура – Л+Ц_I (Рис.20 и).

Белые чугуны из-за высокой хрупкости в промышленности не применяют, их используют для производства сталей и серых чугунов.

№2 Диаграмма изотермического распада аустенита. Перлитное превращение в стали. Механизм перлитного превращения, строение и свойства продуктов превращения.

Диаграмма изотермического распада переохлаждённого аустенита

Если нагретую сталь со структурой аустенита пере охладить до температуры ниже 727˚С , то аустенит окажется в неравновесном состоянии. Переохлажденный аустенит через некоторое время (инкубационный период) начнёт распадаться на феррито-цементитную смесь. В зависимости от степени переохлаждения и механизма процесса различают три превращения аустенита: перлитное, мартенситное и промежуточное (бейнитное). Превращения протекают в соответствии с диаграммой изотермического распада переохлажденного аустенита, изображаемой в координатах «температура-время» (рис. 33). На диаграмме, соответствующей эвтектоидной стали:

• Линия А₁ отделяет область устойчивого аустенита.

• Линия 1 – линия начала диффузионного распада аустенита, левее этой линии – аустенит переохлажденный, его устойчивость минимальна при температуре около 500˚С.

• Линия 2 – линия конца диффузионного распада, правее этой линии - продукты перлитного (выше 500˚С) и бейнитного (ниже 500˚С) превращений.

• Линия Мн – линия (температура) начала бездиффузионного мартенситного превращения.

• Линия Мк – линия конца этого превращения, для эвтектоидной стали эта температура имеет отрицательное значение.

Рис. 33. Диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали

Перлитное превращение

Перлитное превращение идет при переохлаждении аустенита в диапазоне температур 727˚С...500˚С. При этом происходит распад аустенита на феррито-цементитную смесь:

А_0,8%С→Ф_0,02%С+Ц_6,67%С.

Механизм перлитного превращения – диффузионный и включает два процесса:

• диффузионное перераспределение углерода, приводящее к образованию цементита;

• полиморфное превращение Fe_γ→Fe_α (ГЦК→ОЦК) с образованием феррита.

В итоге образуется феррито-цементитная смесь пластинчатого строения. В зависимости от температуры переохлаждения образуются феррито-цементитные смеси, отличающиеся степенью дисперсности (межпластинчатым расстоянием Δ₀): перлит, сорбит, троостит (табл. 2). С увеличением степени переохлаждения увеличивается дисперсность структур, повышается прочность и твёрдость. Наибольшей пластичностью и вязкостью обладает структура сорбита.

Таблица 2

Продукты перлитного превращения

Ф-Ц смесь	tпереохлаждения,°С	Структура	Межпластинчатое расстояние Δ0, мкм	Твердость, НВ
Перлит	А1…650		0,6…1,0	180…250
Сорбит	650…550		0,25…0,3	250…350
Троостит	550…500		0,1…0,15	350…450

№3 Закалка стали. Обосновать выбор температуры нагрева под закалку до- и заэвтектоидных сталей. Среды для нагрева и охлаждения под закалку

Заключается в нагреве доэвт-ных сталей на 30-50С выше Ас3, заэв-ных на 20-30С выше Ас1,выдерже и послед охл-и со скоростью выше критической. Цель: получение структуры мартенстита. Закалка не явл-ся окончательной операцией, чтобы уменьшить хрупкость и напряжение, получить требуемые мех-кие сво-ва, сталь после закалки подвергают отпуску

Выбор температурь нагрева под закалку 1. Доэв-ные стали: а) нагрев на 30-50С выше Ас3

Структура: М+Аост. Сталь с исходной структурой П+Ф при нагреве приобретает аустенитную структуру, кот при дальнейшем со скоростью выше критической превращается в М. В сталях, содер выше 0,4-0,5%С, и имеющим мартенситную точку Мк ниже 20С,присутсвует Аост.Эта тем-ра нагрева явл-ся оптимальной. б ) нагрев в интервале Ас1…Ас3(неполная зка-ка) структура: М+Ф снижается твердость и прочность

в ) нагрев значительно выше Ас3(перегрев) структура:Мкрупноигольчатый При перегревеобразуется А с крупным зерномэд кот при охл-и переходит в М крупоигол с низкой ударной вязкостью. Перегрев явл-ся дефектом термической обработки

2. Заэв-ные стали: а) нагрев несколько выше Ас1 структура: М+Ц2+Аост оптимальная тем-ра, не приводит к росту зерна А и увеличению Аост, Ц повышает твердость. Выделения цементита в виде сетки по границам зерен недопустимы,т.к сталь будет хрупкой, поэтому перед закалкой заэв-ные стали подвергаются отжигу на П зерн или нормализации. б ) нагрев выше Асm структура: М+А ост(до 40%) полная переристаллизация при нагреве приводит к росту зернаА,увелич Аост,мснижается прочтость стали и сопротивление хрупкому разрушению.

Требования к закалочным средам: высокая скорость охлаждения в интервале тем-р А1-Мн; замедленное охлаждение в интервале тем-р Мн-Мк; пленочное кипение;пузырьковое кипение;конвективынй теплообмен.

Основными закалочными средами являются: вода – обеспечивает резкое охл-е для подавления диф-го распада А; недостатки- высокая скорость охл-я нередко приводит к образованию заалочных трещин, с повышением тем-ры воды резко ухуд-ся ее закалочная способность. Водные растворы –наиболее высокая и равномерная охл способность. Масло- преимущества- небольшая скорость охлаждения в интервале Мн-Мк, что уменьшает возникновение дефектов при закалке; постоянство закаливающей способности в широком интервале тем-р среды (20-150С) недостатки- повышенная воспламеняемость; низая охлаждающая способность в области тем-р перлитного превращения; образование пригара на поверхности изделия; повышенная стоимость.

Способы закалок: непрерывная з-ка – недостаток- в области тем-р мартенситного превращения скорость охл-я велика, возникают большие внутренние напряжения при переходе А в М, что приводит к возникновению трещин. Для изделий простой формы.Прерывистая з-ка изделие быстро охл-ют в воде до тем-ры выше т. Мн,затем переносят в масло или воздух, в кот оно охл-ся до комнатной тем-ры, уменьшаются внутр напряжения, «-» - трудность установления момента переноса изделия из одной среды в другую.Применение ограничивается размерами деталей. Ступенчатая з-ка после нагрева деталь переносят в среду с тем-рой выше т. Мн, выдерживают в ней ограниченное время, послед охл-е проводят на воздухе, достигается выранивание тем-р ,уменьшаются фазовые наряжения и склонность к образованию трущин. Применение ограничивается размерами деталей. Изотермическая з-ка – проводится так же как и ступенчатая, предусматривается более длительная выдержка выше т Мн дря распада А с образованием НБ.

№4 Предложить марку стали для изготовления фрезы, работающей при высоких скоростях резания. Назначьте термическую обработку, укажите структуру и свойства.

Р18-быстрорежущая, инструментальная,высоколегированная

ферритный класс

0,8%С,4,2%Cr,1...2%V,18%W

ТО: закалка+трехкратный низкий отпуск

структура: М отп. +дисперсные карбиды+А ост.

высокая твердость 63...65 HRC

высокая теплостойкость, высокая износостойкость, достаточн. прочность при сохранении некоторой вязкости