Контрольная работа по "Материловедению"

• ковкий чугун КЧ ;

 цифры, стоящие после  букв "КЧ", означают временное  сопротивление разрыву в кгс/мм  и относительное удлинение в  процентах.

      3. Высокопрочный чугун широко применяется в машиностроении для изготовления станин, коленчатых валов, зубчатых колёс, цилиндров двигателей внутреннего сгорания, деталей, работающих при температуре до 1200 °С в окислительных средах, и др.

      Серые чугуны по их применению можно разделить на группы:

1. Ферритные и ферритно-перлитные  чугуны применяют для изготовления  малоответственных деталей, испытывающих  небольшие нагрузки в работе.

2. Перлитные чугуны применяют  для отливки станин мощных  станков и механизмов, поршней,  цилиндров, деталей, работающих  на износ в условиях больших  давлений.

3. Антифрикционные чугуны  применяют для изготовления подшипников  скольжения, втулок и других деталей,  работающих при трении о металл.

    Ковкий чугун применяют для деталей, требующих по своей форме литой заготовки, но допускающих при работе случайные ударные нагрузки. Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы. Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.

 

 

 

 

 

 

Задание 4

     Отжиг - термическая обработка заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержка и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью. Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры, а также для снятия напряжений, устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности, которые были внесены в металл при предшествующих операциях (механическая обработка, об отжиг первого рода. Это отжиг, при котором, как правило не происходит фазовых превращений (перекристализации), а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный, рекристаллизационный и уменьшающий напряжения. 

     Гомогенизационный отжиг, или гомогенизация, применяется для выравнивания химической неоднородности (за счет диффузии) зерен твердого раствора, т. е. уменьшения микроликвации в фасонных отливках и в слитках главным образом из легированной стали. 

     В процессе гомогенизации слитки нагревают  до  1100-1200°С, выдерживают при этой температуре 8—15 ч, а затем медленно охлаждают до 200—250 °С. Продолжительность отжига 80 - 110 часов.            Рекристаллизационному отжигу подвергают сталь,деформированную в холодном состоянии. Наклеп может оказаться столь большим, что сталь становится мало пластичной и дальнейшая деформация становится невозможной. Для возвращения стали пластичности и возможности дальнейшей деформации изделия проводят рекристализационный отжиг. 

      При нагреве холоднодеформированной (наклепанной) стали до температуры 400—450 °С изменений в строении стали не происходит, механические свойства изменяются незначительно и только снимается большая часть внутренних напряжений. При дальнейшем нагреве механические свойства стали резко изменяются: твердость и прочность понижаются, а пластичность повышается. Это происходит в результате изменения строения стали. Вытянутые в результате деформации зерна становятся равноосными. 

      Рекристаллизация начинается с появления зародышей на границах деформированных зерен. В дальнейшем зародыши растут за счет деформированных зерен, в связи с чем происходит образование новых зерен,   пока   деформированных зерен совсем не останется.

    Под температурой  рекристаллизации подразумевается  температура, при которой в  металлах,  подвергнутых деформации  в холодном состоянии, начинается  образование новых зерен. 

      А. А.  Бочвар установил зависимость  между температурой   рекристаллизация  температурой плавления простых металлов:  Трекр = 0,4 Тпл,  где Трскр и Тпл — соответственно  температуры рекристаллизации и плавления в кельвинах по термодинамической шкале. 

   Температуры рекристаллизации  для некоторых металлов таковы: 

      Молибден     900 °С         Медь       270 °С 

      Железо          450 °С        Свинец    -30°С 

     В связи с тем что при температуре рекристаллизации  процесс  образования новых зерен происходит очень медленно, для ускорения процесса холоднодеформированные металлы и сплавы нагревают до более высокой температуры, например углеродистую сталь до 600 - 700 °С, медь до 500—700 °С. Эти температуры и являются температурами рекристаллизационного отжига. 

     В зависимости от степени деформации размер зерна стали после рекристаллизации получается различный. При определенной степени  деформации (для стали 7—15 %) после рекристаллизации получаются очень большие зерна. Такая степень деформации называется критической степенью деформации. 

   Во избежание сильного роста зерна при рекристаллизации деформацию стали заканчивают со степенью обжатия, больше чем критическая степень деформации, или проводят отжиг с полной фазовой перекристаллизацией. 

   Отжиг, уменьшающий напряжения. Это нагрев стали до температуры 200—700 °С (чаще до 350—600 °С) и последующее охлаждение с целью уменьшения внутренних напряжений после технологических операций (литье, сварка, обработка резанием и др.) 

     Отжиг второго рода. Это отжиг, при котором фазовые превращений (перекристаллизация) определяют его целевое назначение. Различают следующие разновидности отжига второго рода: полный, неполный, изотермический, нормализационный (нормализация). 

     Полному отжигу подвергают доэвтектоидную сталь с целью создания мелкозернистой структуры, понижения твердости и повышения пластичности, снятия внутренних напряжений. 

     При полном отжиге доэвтектоидную сталь нагревают до температуры на 20—30 °С выше критической точки  Ас3, т.е. на  20—30 °С  выше линии GS диаграммы железо—цементит. 

       При нагреве до такой температуры крупная исходная ферритно-перлитная структура превращается в мелкую структуру аустенита. 

      При последующем медленном охлаждении (в печи со скоростью 100—200 С в час до 500 °С и далее на воздухе) из мелкозернистого аустенита образуется мелкая ферритно-перлитная структура.  При полном отжиге происходит измельчение ферритно-цементитных зерен доэвтектоидной стали. 

   За эвтектоидную сталь полному отжигу с нагревом выше критической точки Аст не подвергают, так как при медленном охлаждении цементит располагается в виде сетки по границам зерен перлита, ухудшая механические и другие свойства. 

   Неполному отжигу подвергают доэвтектоидную и заэвтектоидную сталь с целью превращения пластинчатого перлита и сетки цементита  в структуру зернистого перлита. Заэвтектоидная сталь со структурой зернистого перлита обладает лучшей обрабатываемостью резанием благодаря более низкой твердости. ( Для стали с зернистым перлитом твердость НВ  160—180, для стали с пластинчатым перлитом — НВ 180—250.) 

   Для получения  зернистого перлита заэвтектоидную  сталь нагревают до температуры  немного выше точки Асг— до 740— 780 °С. При нагреве до такой  температуры происходит превращение  в аустенит только перлита,  а цементит остается и образуется  структура цементит + аустенит. При  последующем медленном охлаждении (в печи со скоростью 20—60 °С  в час до 700—650 °С с дальнейшим  охлаждением на воздухе) из  аустенита образуется ферритно-цементитная  структура с зернистой формой  цементита — зернистый перлит.

  В связи с тем, что при этом виде отжига получается зернистая (сфероидальная) форма цементита, этот отжиг называют сфероидизирующим. 

   Для облегчения образования зернистого перлита нагрев ( до 740 - 780 °С) и охлаждение (до 700—650 °С) повторяют несколько раз. Такой отжиг называют маятниковым или циклическим. При этом образовавшиеся зерна цементита во время первого охлаждения являются дополнительными центрами кристаллизации при втором охлаждении и т.д. 

     Доэвтектоидные стали неполному отжигу подвергают редко. Это объясняется тем, что в связи с неполной перекристаллизацией (только одного перлита) не происходит измельчения всей структуры (феррит не подвергается перекристаллизации), и в результате структура и свойства стали получаются хуже, чем после полного отжига. Для доэвтектоидных сталей неполный отжиг применяют для улучшения обрабатываемости резанием благодаря снижению твердости. 

   Изотермический отжиг.  Характерной особенностью изотермического  отжига является образование  ферритно-перлитной структуры из  аустенита при постоянной температуре,  а не при охлаждении, как при  полном отжиге. Поэтому в отличие от полного отжига доэвтектоидную сталь, например, нагревают до температуры Ас3 + (20—30 °С) и после выдержки быстро охлаждают до температуры немного ниже критической точки Агг (до 700—680 °С). При этой температуре сталь выдерживают в течение времени, необходимого для полного распада аустенита и образования ферритно-перлитной структуры. Затем сталь охлаждают на воздухе. 

   Изотермический отжиг  имеет преимущества по сравнению  с полным отжигом: сокращается  время отжига и получается  более однородная структура (но  только при обработке малых  садок металла). 

     Нормализационный отжиг (нормализация) заключается в нагреве до температуры выше точки Ас3 для доэвтектоидной или точки Аст для заэвтектоидной стали с последующим охлаждением на воздухе. 

     При нагреве до температуры нормализации низкоуглеродистых сталей происходят те же процессы, что и при полном отжиге, т. е. измельчение зерен. Но, кроме того, вследствие более быстрого охлаждения и получающегося при этом переохлаждения строение перлита получается более тонким (дисперсным), а его количество большим, Механические свойства при этом оказываются более высокими. 

     Нормализация по сравнению с полным и неполным отжигом - более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью. В связи с указанными преимуществами нормализация получила широкое применение вместо полного отжига низкоуглеродистых и даже среднеуглеродистых сталей. Нормализация применяется также для устранения цементитной сетки в заэвтектоидных сталях. При нагреве заэвтектоидной стали выше критической точки Аст образуется структура аустенита. Если после такого нагрева при медленном охлаждении (при отжиге) цементит выделяется в виде сетки, то ускоренное охлаждение на воздухе (нормализация) препятствует выделению цементита по границам зерен и образуется мелкая ферритно-цементитная смесь. работка давлением, литье, сварка), улучшает структуру стали.

     Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной техники. Производство чугуна и стали по объему превосходит производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.

Диаграмма состояния железо – углерод дает основное представление  о строении железоуглеродистых сплавов  – сталей и чугунов. 

    Линия АВСD – ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита, на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного.

     Линия AHJECF – линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита. На линии HJB при постоянной температуре 1499°С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита, в результате чего образуется аустенит:

     На участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На участке ECF при постоянной температуре 1147°C идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного.

    Эвтектика системы железо – цементит называется ледебуритом (Л), по имени немецкого ученого Ледебура, содержит 4,3 % углерода.

     При температуре ниже 727°C в состав ледебурита входят цементит первичный и перлит, его называют ледебурит превращенный (ЛП).

     По линии HN начинается превращение феррита  в аустенит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии NJ превращение феррита  в аустенит заканчивается.

     По линии GS превращение аустенита в феррит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии PG превращение аустенита в феррит заканчивается.

     По линии ES начинается выделение цементита вторичного из аустенита, обусловленное снижением растворимости углерода в аустените при понижении температуры.

     По линии МО при постоянной температуре 768°C имеют место магнитные превращения.

     По линии PSK при постоянной температуре 727°C идет эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит, содержащий 0,8 % углерода, превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного.

     По механизму данное превращение похоже на эвтектическое, но протекает в твердом состоянии.

    Эвтектоид системы железо – цементит называется перлитом (П), содержит 0,8 % углерода.

    Название получил за то, что на полированном и протравленном шлифе наблюдается перламутровый блеск.

    Перлит может существовать в зернистой и пластинчатой форме, в зависимости от условий образования.

    По линии PQ начинается выделение цементита третичного из феррита, обусловленное снижением растворимости углерода в феррите при понижении температуры.

    Температуры, при которых происходят фазовые и структурные превращения в сплавах системы железо – цементит, т.е. критические точки, имеют условные обозначения.