Низкотемпературная термомеханическая обработка стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Техносферная безопасность»

Контрольная работа

по дисциплине

«Материаловедение и технология материалов»

Выполнил студент группы 24731:

О.С. Потоцкий

Проверил доцент

Клиндух В.Ф.

Хабаровск 2019г.

Вопрос №1. Что такое критические точки на диаграмме состояний? Как они определяются?

кристаллизация железо углерод температура

Критические точки сталей обозначают буквой А с индексом, указывающему, какому процессу соответствует критическая точка: нагреву - индекс «с», охлаждению - «r». Кроме того, каждая точка имеет постоянный номер, который соответствует определенной температуре (линии диаграммы).

Для определения критических точек сталей рассмотрим «стальную часть» диаграммы на рис. 24. Сечение I здесь соответствует доэвтектоидной стали (С < 0,8 %). Там, где сечение пересекает линии диаграммы и будут критические точки. При нагревании сечение пересекает пунктирную линию, которая проходит через всю диаграмму от линии PQ до правой ординаты, буквенного обозначения она не имеет, ее температура - 210°С - это критическая точка Ас0 - магнитное превращение цементита (цементит теряет магнитные свойства).

Задача № 1

Дано:

Кол-во углерода, 3,00 % Температура, 650°С

Задание:

1. Начертить диаграмму состояний железо-цементит, провести на ней ординату, соответствующую заданному сплаву, обозначить на ней все критические точки.

2. Рядом с диаграммой справа начертить кривую охлаждения данного сплава, показав связь критических точек на диаграмме и кривой охлаждения.

3. Описать сущность превращений, происходящих в сплаве при медленном охлаждении от температуры в жидком состоянии до комнатной. Обязательно пояснить причины, вызывающие превращения.

4. На ординате сплава отметить точку, соответствующую заданной температуре, и провести через нее коноду. Пользуясь правилом отрезков, определить фазы, составляющие сплав при заданной температуре; их количество, %, и состав (содержание компонентов, %).

1. Начертить диаграмму состояний железо-цементит, провести на ней ординату, соответствующую заданному сплаву, обозначить на ней все критические точки. Количество углерода 0,70 %, температура 1450 °С.

Рис. 2. Диаграмма состояний железо-цементит

2. Рядом с диаграммой справа начертить кривую охлаждения данного сплава, показав связь критических точек на диаграмме и кривой охлаждения.

Рис. 3. Слева изображена диаграмма состояний железо-цементит, справа - кривая охлаждения сплава с содержанием углерода 0,7 %. Обозначения на кривой охлаждения: Ж - жидкость, А - аустенит, Ф - феррит, П - перлит

3. Описать сущность превращений, происходящих в сплаве при медленном охлаждении от температуры в жидком состоянии до комнатной. Обязательно пояснить причины, вызывающие превращения.

Сплав железа с углеродом, содержащий 0,7 % С, называется доэвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре - перлит + феррит.

Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD(линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF(линию солидус). При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в б-железе (д-раствор). Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием б (д)-твердого раствора. На линии HJ B протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в г-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE. При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3 % до 6,67 % углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3 % образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулойЖР4,3Л[А2,14+Ц6,67].Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита. Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических- аустенит+ледебурит, эвтектических - ледебурит и заэвтектических - цементит (первичный)+ледебурит. Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении г-железа в б-железо и распадом аустенита. Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита. Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом. В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8П[Ф0,03+Ц6,67]. Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом. Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точка Q), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% - структуру феррит+цементит третичный и называются техническим железом. Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727єС имеют структуру феррит+перлит и заэвтектоидные - перлит+цементит вторичный в виде сетки по границам зерен. В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147-727єС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линияES). По достижении температуры 727єС (линияPSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точкаS), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит+цементит). Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727єС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727єС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.

4. На ординате сплава отметить точку, соответствующую заданной температуре и провести через нее коноду. Пользуясь правилом отрезков, определить состав фаз, их количество и процентное содержание компонентов.

Рис. 4. Диаграмма состояния (к применению на ней правила отрезков)

Итак, первое правило отрезков гласит: чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

Второе правило отрезков: для того, чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими состав фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

Определение состава фаз в точкеm:

Для его определения через точкуmпроводят горизонталь до пересечения с ближайшими линиями диаграммы: ликвидус и солидус.

Состав жидкой фазы определяется проекцией точки пересечения горизонтали с линией ликвидусpна ось концентрации.

Состав твердой фазы определяется проекцией точки пересечения горизонтали с линией солидусq(или осью компонента) на ось концентрации.

Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса, а состав твердой фазы - по линии солидуса.

С понижением температуры состав фаз изменяется в сторону уменьшения содержания компонента В.

Определение количественного соотношения жидкой и твердой фазы при заданной температуре (в точкеm):

Количественная масса фаз обратно пропорциональна отрезкам проведенной коноды. Рассмотрим проведенную через точкуmконоду и ее отрезки.

Количество всего сплава (Qсп) определяется отрезкомpq.

Отрезок, прилегающий к линии ликвидусpm, определяет количество твердой фазы.

pm = 0,3 %, pq = 1,1 %, след-но, Q = 27 %.

Отрезок, прилегающий к линии солидус (или к оси компонента)mq, определяет количество жидкой фазы.

mq = 0,8 %, pq = 1,1 %, следовательно, Q = 73 %

Контрольная работа №2

Вопрос №1. Объясните сущность, назначение, способы и технологию термомеханической обработки стали. Какие изменения претерпевает сталь при такой обработке

Одним из технологических процессов упрочняющей обработки является термомеханическая обработка (ТМО).

Термомеханическая обработка относится к комбинированным способам изменения строения и свойств материалов.

При термомеханической обработке совмещаются пластическая деформация и термическая обработка (закалка предварительно деформированной стали в аустенитном состоянии).

Преимуществом термомеханической обработки является то, что при существенном увеличении прочности характеристики пластичности снижаются незначительно, а ударная вязкость выше в 1,5…2 раза по сравнению с ударной вязкостью для той же стали после закалки с низким отпуском.

В зависимости от температуры, при которой проводят деформацию, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО).

Сущность высокотемпературной термомеханической обработки заключается в нагреве стали до температуры аустенитного состояния (выше А3). При этой температуре осуществляют деформацию стали, что ведет к наклепу аустенита. Сталь с таким состоянием аустенита подвергают закалке (рис.).

Высокотемпературная термомеханическая обработка практически устраняет развитие отпускной хрупкости в опасном интервале температур, ослабляет необратимую отпускную хрупкость и резко повышает ударную вязкость при комнатной температуре. Понижается температурный порог хладоломкости. Высокотемпературная термомеханическая обработка повышает сопротивление хрупкому разрушению, уменьшает чувствительность к трещинообразованию при термической обработке.

Рис. 1. Схема режимов термомеханической обработки стали: а - высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО); б - низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО)

Высокотемпературную термомеханическую обработку эффективно использовать для углеродистых, легированных, конструкционных, пружинных и инструментальных сталей.

Последующий отпуск при температуре 100…200oС проводится для сохранения высоких значений прочности.

Низкотемпературная термомеханическая обработка (аусформинг).

Сталь нагревают до аустенитного состояния. Затем выдерживают при высокой температуре, производят охлаждение до температуры, выше температуры начала мартенситного превращения (400…600oС), но ниже температуры рекристаллизации, и при этой температуре осуществляют обработку давлением и закалку (рис. 16.1 б).

Низкотемпературная термомеханическая обработка, хотя и дает более высокое упрочнение, но не снижает склонности стали к отпускной хрупкости. Кроме того, она требует высоких степеней деформации (75…95 %), поэтому требуется мощное оборудование.

Низкотемпературную термомеханическую обработку применяют к среднеуглеродистым легированным сталям, закаливаемым на мартенсит, которые имеют вторичную стабильность аустенита.

Повышение прочности при термомеханической обработке объясняют тем, что в результате деформации аустенита происходит дробление его зерен (блоков). Размеры блоков уменьшаются в два - четыре раза по сравнению с обычной закалкой. Также увеличивается плотность дислокаций. При последующей закалке такого аустенита образуются более мелкие пластинки мартенсита, снижаются напряжения.

Механические свойства после разных видов ТМО для машиностроительных сталей в среднем имеют следующие характеристики (см. табл. 1):

Таблица 1. Механические свойства сталей после ТМО

Термомеханическую обработку применяют и для других сплавов.

Список литературы

1. Гуляев, А. П. Металловедение : учеб. для вузов / А. П. Гуляев. - 6-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1986. - с.

2. Металловедение и технология металлов : учеб. для вузов / Ю. П. Солнцев [и др.]. - М. : Металлургия, 1988. - 512 с.

3. Материаловедение : учеб. для вузов / Б. Н. Арзамасов [и др.]. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : Машиностроение, 1986. - 384 с.

4. Материаловедение : учеб. для вузов / Б. Н. Арзамасов [и др.] ; под общ. ред. Б. Н. Арзамасова, Г. Г. Мухина. - 6-е изд., стереотип. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. - 648 с.

5. Андреева, А. В. Основы физикохимии и технологии композитов : учеб. пособие для вузов / А. В. Андреева. - М. : ИТРЖР, 2001. - 192 с.

6. Металловедение : учеб. для техникумов / А. И. Самохоцкий [и др.]. - М. : Металлургия, 1990. - 416 с.

7. Марочник сталей и сплавов / М. М. Колосков [и др.] ; под общ. ред. А. С. Зубченко. - М. : Машиностроение, 2001. - 672 с.

8. Б.В. Захаров. В.Н. Берсенева «Прогрессивные технологические процессы и оборудование при термической обработке металлов» М. «Высшая школа» 1988 г.

9. В.М. Зуев «Термическая обработка металлов» М. Высшая школа 1986 г.

10. Б.А. Кузьмин «Технология металлов и конструкционные материалы» М. «Машиностроение» 1981 г.

11. В.М. Никифоров «Технология металлов и конструкционные материалы» М. «Высшая школа» 1968 г

Размещено на Allbest.ru