Фазовый состав и структура сплавов при охлаждении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Строительные, дорожные машины и технология машиностроения»

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных

материалов», раздел «Материаловедение»

Выполнил:

Воробьев С.

Проверил:

Самохвалова Ж.В

Самара 2015

Содержание

Задание 1

Задание 2

Задание 3

Задание 1

Начертите диаграмму состояний «железо-углерод», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы и дайте им определения. Опишите структурные и фазовые превращения при медленном охлаждении сплава с содержанием углерода С = 4,3 %. Охарактеризуйте этот сплав, определите для него при температуре Т=500 °С (по правилу отрезков) состав фаз и их количество (процентное соотношение). По правилу фаз определите число степени свободы в каждой критической точке сплава и постройте кривую охлаждения сплава.

Ответ:

В сплаве с содержанием углерода 4,3 % в соответствии с диаграммой «железо-цементит» (рисунок 1) имеются 4 точки, характеризующих фазовые превращения при понижении температуры.

Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии, сплав однофазный. Структура: жидкий раствор. Точка 1 находится на лини ACD - ликвидус, следовательно, в этой точке начинается процесс кристаллизации сплава.

Участок 1-2: из жидкого раствора выделяются кристаллы аустенита,сплав двухфазный. Структура: жидкий раствор + аустенит. Определяем по правилу фаз степень свободы для критической точки. С=К-Ф+2, где С - степень свободы, К - количество компонентов сплава, Ф - количество фаз, находящихся в равновесии данной критической точки, 2 - количество изменяемых параметров. Для двухкомпонентного сплава С=3-Ф. Если С = 0, то процесс происходит с выделением тепла на линии охлаждения наблюдается горизонтальный участок в данной критической точке. Если С не равно 0, то на линии охлаждения наблюдается перегиб в данной критической точке то процесс происходит с выделением тепла на линии охлаждения наблюдается горизонтальный участок в данной критической точке. С1-2=2+1-2=1 ,следовательно, наблюдается перегиб(т.1-т.2).

Точка 2 находится на линии АECF - солидус. В точке 2 заканчивается процесс кристаллизации сплава. Также, она находится на линии ECF - это линия эвтектических превращений, на ней образуется механическая смесь ледебурит Ледебурит = Аустенит + Цементит 1. ( Л(А+Ц1) ). Степень свободы: С2=2+1-3=0, значит, наблюдается горизонтальный участок т.2-т.2'.

При дальнейшем охлаждении участок 2 - 3 из аустенита выделяется избыточный углерод в виде вторичного цементита. Аустенит при этом обедняется углеродом и при температуре 727°С приобретает состав, соответствующий эвтектоидному. С2-3=2+1-2=1 ,следовательно, наблюдается перегиб т.2'-т.3.

Точка 3 лежит на линии PSK - это линия эвтектоидных превращений и на ней образуется механическая смесь перлит, состоящий из смеси феррита и цементита вторичного П(Ф+Ц2) . Степень свободы: С3=2+1-3=0, значит, наблюдается горизонтальный участок т.3-т.3'.

При дальнейшем охлаждении участок 3' - 4 происходит выделение избыточного углерода из феррита, входящего в перлит и видоизмененный ледебурит. Конечный состав доэвтектического чугуна П+Л+ЦII, поэтому такой чугун называют перлито-ледебурито-цементитным чугуном. . С3'-4=2+1-2=1 ,следовательно, наблюдается перегиб т.3'-т.4.

При дальнейшем охлаждении фазовый состав и структура сплавов не меняется до комнтаной температуры.

В заданном сплаве С=4,3 %, а это больше 2,14%, значит, данный сплав является чугуном. Т.к. С=4,3 % - чугун эвтектический.

Применение правила рычага сводится к определению массовой концентрации какой-либо фазы при заданной температуре в двухфазной области диаграммы состояния. Для этого нужно через эту точку провести горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими область на диаграмме. Чтобы найти массовую концентрацию фазы, нужно разделить длину отрезка коноды, противолежащего данной фазе, на общую длину коноды.

Используя правило отрезков, определим химический состав и количество фаз для сплава системы «железо-цементит» в точке В (С = 4,3 % при температуре 500 °С). (рисунок 1). Проведем горизонтальную линию через точку В до пересечения с линиями АE (точка А) и DFK (точка С). (Рисунок 1.1. Состав фаз).

Рисунок 1.1 Состав Фаз

,

Qц=100-40=60%

Задание 2

По своему варианту задания из предложенных марок сплавов, выберите марку сплава для указанного изделия. Обоснуйте свой выбор. Опишите технологию обработки и структуру для получения окончательных свойств, которые указаны в варианте. Опишите, как определяются эти свойства.

Исходные данные: Стяжные болты; Д16, СЧ18, Ст.6; Свойства после ТО: НВ210..250 .

По марке материала определим назначение и состав сплавов.

1) Д16- Алюминиевый деформируемый сплав(дюралюминий)

2) СЧ18 - чугун серый, форма графита пластинчатая, предел прочности ??в =180 МПа

3) Ст.6 - сталь обыкновенного качества, 6 - номер марки.

С=0,4%

Для изготовления стяжных болтов используют среднеуглеродистые стали => для изготовления данного изделия возьмём Ст.6

Для получения конечных свойств применим полную закалку и высокий отпуск - улучшение.

При закалке доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30-50°С выше точки Ас3.Цель закалки улучшение механических свойств, увеличение твёрдости и прочности. Структура: мартенсит + аустенит остаточный. Охлаждение - в воде.

рисунок(..) График определения диапазона температуры закалки

To=850С

Тзак=То+(t1-t2)=850+(30-50)=880-900'C

Высокий(высокотемпературный) отпуск проводят при 500...600°С. Структурные изменения при таких температурах заключаются в укрупнении частиц цементита. Цель снятие остаточных напряжений. Конечная структура: сорбит отпуска. Охлаждение на воздухе.

Рисунок(..) График термической обработки

После проделанной ТО изделие обладает следующими конечными свойствами НВ 210…250.

Измерение твердости определяют на приборах - твердомерах. Обозначение HВ показывает, что твердость определяется по методу Бринелля, индекс В обозначает, что испытание проводится вдавливанием шарика . Величину твердости устанавливают с помощью индикатора.

где D -диаметр шарика, (мм); h - глубина отпечатка, (мм)

Задание 3

По своему варианту задания выберите режим термической обработки изделия из стали указанной марки стали для получения заданных свойств, обоснуйте свой выбор. Постройте график термической обработки изделия. На основе диаграммы состояний «железо-цементит» и построенного графика термической обработки опишите превращения, происходящие в структуре стали. охлаждение сплав температура термический

Исходные данные: изделие болт; сталь 50;конечные свойства НВ 2500.

Сталь 50 -сталь конструкционная, качественная; с=0,5% среднеуглеродистая; доэвтектоидная.

Использование в промышленности: зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, тяжелонагруженные валы, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев гусениц, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок и другие детали, работающие на трение.

Болт -- крепёжное изделие в виде стержня с наружной резьбой, как правило, с шестигранной головкой под гаечный ключ, образующее соединение при помощи гайки или иного резьбового отверстия.

В данном случае применим полную закалку и низкий отпуск.

Цель закалки - повышение твёрдости и прочности . Структура до нагрева - П+Ф; в нагретом состоянии - аустенит; после охлаждения - мартенсит + аустенит остаточный. Среда охлаждения - вода.

Рисунок(..) график определения диапазона температур закалки

То=820'C

Тзак= 820+(30-50)=850-870'C

Низкий (низкотемпературный отпуск) проводят при температурах не выше 250...300°С. При таких температурах происходит частичное обезуглероживание мартенсита и выделение из него некоторого количества избыточного углерода. Образующаяся структура называется отпущенным мартенситом. Основной целью отпуска является снятие остаточных напряжений после закалки. Среда охлаждения - воздух.

Рисунок(..) График ТО изделия

После ТО изделие должно обладать конечными свойствами НВ 2500 МПа.

Твердость по методу Бринелля (ГОСТ 9012-59) измеряют вдавливанием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра D под действием заданной нагрузки P в течение определенного времени. В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Число твердости по Бринеллю, обозначаемое HB, представляет собой отношение нагрузки P к площади поверхности сферического отпечатка F и измеряется в кгс/мм2 или МПа.

Размещено на Allbest.ru