Контрольная работа по "Материаловедение и технология материалов"

        При  понижении температуры до точки 3 (790о) никаких изменений в стали не происходит, т.е. кристаллизация не происходит. Сталь охлаждается быстрее и кривая на этом участке становится круче.

        В  точке 3 при температуре 790о С  начинается вторичная кристаллизация. Из твёрдого раствора-аустенита кристализуется феррит, так как в заданной стали лишним по отношению к эвтектоиду-перлиту является железо. Кристаллизация феррита продолжается до 727о.  В интервале температур 790о – 727о скорость охлаждения снижается потому, что выделяется теплота, связанная с кристаллизацией феррита. Кривая охлаждения становится более пологой.

        При 727о оставшийся аустенит приобретает эвтектоидную концентрацию (0,8% углерода) и при постоянной температуре превращается в перит. На кривой охлаждения образуется горизонтальный участок.

        При  дальнейшем охлаждении содержание  углерода в твёрдом растворе  – феррите уменьшается. Из него  кристаллизуется третичный цементит. В связи с кристаллизацией  охлаждение несколько замедлится, что соответственно отразится  на наклоне кривой охлаждения.

        При 210о происходит магнитное превращение цементита. 

Рисунок 4 – Диаграмма состояния  Fe – Fe3C  и кривая охлаждения

           При охлаждении чугуна, содержащего  0,4% С, в нём происходят следующие превращения.

           До температуры 1480о чугун охлаждается быстро, так как кристаллизация в нём не происходит. Кривая охлаждения круто опускается вниз.

           При 1480о  начинается первичная кристаллизация. Из жидкого раствора кристаллизуется аустенит, так как в жидком растворе лишним по отношению к эвтектике является железо. Процесс  кристаллизации продолжается до 1147о. При этом скорость охлаждения снижается потому, что выделяется теплота, связанная с кристаллизацией аустенита. Кривая охлаждения становится более пологой.

            При 1147о оставшийся жидкий раствор при постоянной температуре превращается в аустенит. На кривой охлаждения образуется горизонтальный  участок. 

             При дальнейшем охлаждении от 1147о до 820о в аустените образуется феррит. В связи с кристаллизацией охлаждение замедляется, но меньше, чем в интервале температур 1480о – 1147о , что соответственно отражается на наклоне кривой охлаждения.

             При 727о аустенит приобретает эвтектоидную концентрацию (0,8% С) и при постоянной температуре превращается в перлит. На кривой охлаждения образуется горизонтальный участок.

            При дальнейшем охлаждении кристаллизация  не происходит. Сплав охлаждается  быстро, кривая охлаждения по  сравнению с интервалом 1147о – 727о становится круче.

            При  210о   происходит магнитное превращение цементита.

 

Рисунок  5 - Диаграмма состояния   Fe – Fe C и  кривая охлаждения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 - Основные характеристики структурных составляющих

Структура и составляющие и их строение

Свойства

Однофазные Феррит—твердый раствор внедрения углерода в α -железо. Как и α-железо, имеет объемноцентрированную решетку. При температуре 727°С α-железо растворяет до 0,025%С, а при 20°С—до 0,006%С. Микроструктура феррита— однородные зерна     А у с т е н и т—твердый раствор внедрения углерода в железо. Как и γ-железо, имеет гранецентрированную решетку. При температуре 1147°С γ -железо растворяет до 2,14% С, а при 727°С – 0,8% С. Микроструктура  аустенита— характерные зерна с двойниками     Цемент и т—химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fe3C. Содержит 6,67% С. Имеет сложную кристаллическую решетку   Двухфазные Перлит—эвтектоидная смесь, образующаяся при распаде медленно охлаждающегося аустенита, состоит из пластинок или зернышек цементита на фер-ритной основе. Перлитная структура стали образуется при 0,8%   С   Л е д е б у р и т—эвтектическая смесь, состоящая при температуре выше 727°С из смеси аустенита и цементита, а ниже 727°С—из смеси перлита и цементита. Ледебуритная структура чугуна , образуется при 4,3%  С

Сталь с ферритной структурой имеет свойства, близкие к свойствам железа: НВ≈80 кгс/мм2; σв ≈ 28 кгс/мм2; δ≈ 40%; ан≈30 кгс м/см2. С увеличением размера зерен пластичность и особенно вязкость снижаются. До 770°С феррит ферромагнитен, а выше—парамагнитен. Аустенит устойчив при высоких температурах. Медленно охлаждаясь, распадается, образуя эвтектоидную смесь феррита и цементита—перлит. При обычных температурах аустенит получают легированием и закалкой. Обладает высокой вязкостью. Имеет низкий предел текучести при сравнительно высоком пределе прочности. Парамагнитен Цементит — самая твердая и крупкая структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Твердость в переводе на единицы Бринелля BH ≈800 кгс/мм2   Механические свойства перлита определяются формой и дисперсностью ' частиц цементитной фазы. Чем мельче смесь, тем выше механические свойства. Пластинчатый перлит имеет НВ≈180220 кгс/мм2; σв ≈80 кгс/мм2; δ=10%. Зернистый перлит имеет: НВ≈160200 кгс/мм2, σв≈   ≈65кгс/мм2, δ=20%. Сталь со структурной зернистостью перлита имеет более высокую вязкость и лучшую деформируемость Ледебурит — твердая и хрупкая структурная составляющая. При обычных температурах твердость ледебурита в единицах Бринелля НВ≈650 кгс/мм2

 

 

Заключение

В первом вопросе данной работы рассмотрены процессы производство чугуна. Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащий более 2% углерода. Кроме углерода, в нем всегда присутствуют кремний (до 4%), марганец (до 2%), а также фосфор и сера. Чугун является основным исходным материалом для получения стали, на что расходуется примерно 80-85% всего чугуна.

Во втором вопросе данной работы рассмотрены процессы термической обработка металлов в том числе отжиг второго рода.

Свойства сплава зависят от его структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства является термическая обработка.

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств.

Отжиг II рода– отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении.

Проводится для сплавов, в которых имеются полиморфные или эвтектоидные превращения, а также переменная растворимость компонентов в твердом состоянии. Проводят отжиг второго рода с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке. В результате отжига измельчается зерно, повышаются пластичность и вязкость, снижаются прочность и твердость, улучшается обрабатываемость резанием.

В третьем вопросе данной работы рассмотрено построение кривых охлаждения и нагревания стали и чугунов, а так же структурные превращения стали и чугуна при С = 0,4%.

Основным фактором, определяющим свойства образующихся структур, является температура превращения.  Мартенситное превращение в отличие от перлитного имеет бездиффузионный характер. Мартенсит является основной структурой закаленной стали. Он имеет высокую твердость, зависящую от содержания углерода в стали. Чем больше содержится углерода в мартенсите, тем выше твердость в стали. Так, например, для стали с содержанием 0,4% углерода твердость мартенсита составляет HRC 52-54. Мартенсит имеет совершенно отличную от других структур природу. При резком переохлаждении углерод не успевает выделиться из твердого раствора (аустенита) в виде частичек цементита, как это происходит при образовании перлита, сорбита и троостита. В этом случае происходит только перестройка решетки γ-железа в решетку α-железа. Атомы углерода остаются в решетке α-железа (мартенсите) и поэтому сильно ее искажают.

Сталь с содержанием углерода 0,4%. Структура стали представляет собой перлит и феррит. При температуре 723° в точке К1 перлит переходит в аустенит, и по мере повышения температуры происходит растворение свободного феррита в аустените.

Список использованных источников:

 

1. Металлургия и материаловедение: справочник / Циммерман Р., Гюнтер К. - М.: Металлургия, 1982. - 477с.

2. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - УДК669.0(075.8)

3. Материаловедение: лекции / Мальцев И. М. - Ниж. Новгород: НГТУ, 1995 - 103с.

4. Основы материаловедения / Сажин В.Б. - М.: Теис, 2005. - 155с.

5. Технология конструкционных материалов и материаловедение: учебное пособие / Коротких М.Т. - Спб: СГПУ, 2004. - 104с.

6. Источник: Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ.изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1982, 480 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист для рецензии преподавателя: