Особенности структуры металла
Мозаичная (блочная) структура металла. Временное сопротивление разрыву. Диаграмма состояния "железо - карбид железа", структура сплава при комнатной температуре. Влияние перегрева на режущий инструмент из стали. Диаграмма состояния "железо-цементит".
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.06.2014 |
| Размер файла | 442,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Вопрос № 1. Что такое мозаичная (или блочная) структура металла?
- Вопрос № 2. Что такое временное сопротивление разрыву (уВ)?
- Вопрос № 3. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
- Вопрос № 4. Режущий инструмент из стали У10 был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев и как можно исправить этот дефект? Произведите исправление структуры и назначьте режим термической обработки, обеспечивающий нормальную работу инструмента. Опишите его структуру и свойства
- Вопрос № 5. С помощью диаграммы состояния железо-цементит определите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 40. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали
Вопрос № 1. Что такое мозаичная (или блочная) структура металла?
Поликристалл состоит из большого числа зерен, при этом в соседних зернах кристаллические решетки ориентированы различно.
Рисунок 1 - Разориентация зерен и блоков в металле
а - зерна;
б - блоки;
И - угол между зернами
Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов. Граница между зернами представляет собой тонкую в 5-10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.
Строение переходного слоя способствует скоплению в нем дислокаций. На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию. Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеального строения кристаллической решетки. Имеются участки, разориентированные один относительно другого на несколько градусов. Эти участки называются фрагментами. Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией.
металл железо сплав цементит
В свою очередь каждый фрагмент состоит из блоков, размерами менее 10 мкм, разориентированных на угол менее одного градуса. Такую структуру называют блочной или мозаичной.
Изучение субструктуры имеет большое значение, так как размеры и разориентирование субзерен влияют на многие свойства металлов.
Вопрос № 2. Что такое временное сопротивление разрыву (уВ)?
Как определяется эта характеристика механических свойств металла?
Прочность - свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия.
Рисунок 2 - Диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали
Механические свойства стали (в т. ч. и прочность) обычно определяют по условной диаграмме растяжения. ГОСТ 1497-84 регламентирует прочностные свойства, в том числе и временное сопротивление разрыву. Для испытания на растяжение используют стандартные образцы. Машины для испытаний снабжены прибором, записывающим диаграмму растяжения.
Повышение нагрузки выше PC вызывает более значительную пластическую деформацию во всем объеме металла.
Временное сопротивление разрыву (или предел прочности при растяжении) уВ - условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке PD, предшествующей разрушению образца: уB = PD/F0 кгс/мм2.
У пластичных металлов, начиная с напряжения уB, деформация сосредотачивается в одном участке образца, где появляется местное сужение поперечного сечения, так называемая шейка. В результате развития множественного скольжения в шейке образуется высокая плотность дислокаций, возникают зародышевые несплошности, укрупнение которых приводит к возникновению пор. Сливаясь, поры образуют трещину, которая распространяется в направлении, поперечном оси растяжения, и в некоторый момент образец разрушается (точка К на рисунке 2).
Вопрос № 3. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
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 HJBпротекает 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 формулой ЖР4,3Л [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 (точкаQ), 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 (линия ES). По достижении температуры 727єС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), 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.
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 - Ф,
где С - число степеней свободы системы;
К - число компонентов, образующих систему;
1 - число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф - число фаз, находящихся в равновесии.
Сплав железа с углеродом, содержащий 5,5%С, называется заэвтектическим чугуном. Его структура при комнатной температуре цементит (вторичный) + перлит + ледебурит (перлит + цементит).
Рисунок 3
а - диаграмма железо-цементит, б - кривая охлаждения для сплава, содержащего 5,5% углерода
Вопрос № 4. Режущий инструмент из стали У10 был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев и как можно исправить этот дефект? Произведите исправление структуры и назначьте режим термической обработки, обеспечивающий нормальную работу инструмента. Опишите его структуру и свойства
При слишком высоких температурах и чрезмерно длительных выдержках происходит образование крупнозернистой структуры, называемой структурой перегрева. Перегрев характеризуется крупнокристаллическим блестящим изломом.
Перегрев заэвтектоидной стали может быть устранен нормализацией. Нормализация заключается в заэвтектоидной стали до температуры выше точки Асm также на 40-50°С, в непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждении на воздухе. Температура нормализации стали У10 составляет 830-850°С.
Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность ферритно-цементитной структуры и увеличивает количество перлита или, точнее, сорбита или троостита.
Для получения необходимых эксплуатационных свойств сталь необходимо подвергнуть закалке и низкому отпуску. При комнатной температуре сталь У10 имеет структуру цементита и перлита. До температуры Аc1сохраняется исходная структура. При температуре Аc1 происходит превращение перлита в аустенит с содержанием углерода 0,8%. при нагреве выше точки Ас1 происходит растворение цементита в аустените (в соответствии с линией SE). Увеличение температуры выше точки Асm вызывает рост зерна аустенита.
Критические точки для стали У10: Аc1 = 730°С; Аcm = 800°С.
Для закалки заэвтектоидные стали нагревают на 50-70°С выше точки Ас1. Таким образом, температура нагрева под закалку составляет 780-800°С. При этих температурах в стали наряду с аустенитом имеется цементит. Поэтому после закалки в структуре заэвтектоидных сталей будет мартенсит с цементитом и небольшое количество остаточного аустенита. Охлаждающая среда при закалке - индустриальное масло. Твердость поверхности после закалки 62-64 HRC. Для снятия напряжений и стабилизации структуры после закалки изделия подвергают низкому отпуску.
Вопрос № 5. С помощью диаграммы состояния железо-цементит определите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 40. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали
Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-50°С выше температуры, соответствующей точке Ас3 (для стали 40 Ас3 = 790°С), выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении.
При медленном охлаждении стали приближаются к фазовому и структурному равновесию. Структура после отжига - феррит + перлит. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность.
Основные цели отжига: перекристаллизация стали (измельчение зерна), снятие внутренних напряжений, снижение твердости и улучшение обрабатываемости.
Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (немного выше точки А1 (для стали 40 А1 = 730°С)). Неполный отжиг доэвтектоидных сталей применяют для улучшения обрабатываемости резанием. При неполном отжиге происходит частичная перекристаллизация стали - вследствие перехода перлита в аустенит. Избыточный феррит лишь частично превращается в аустенит. Структура после отжига - феррит + перлит.
Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температуры, превышающей точку Ас3 на 40-50°С, в непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждении на воздухе. Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру, полученную при литье, прокатке, ковке или штамповке. Нормализацию широко применяют для улучшения свойств стальных отливок вместо закалки и отпуска.
Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность феррито-цементитной структуры и увеличивает количество перлита или, точнее, сорбита или троостита. Это повышает прочность и твердость нормализованной средне - и высокоуглеродистой стали по сравнению с отожженной.
|
Сталь |
Полный отжиг |
Неполный отжиг |
Нормализация |
|
|
40 |
820-840°С |
750-770°С |
830-850°С |
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Параметры процесса кристаллизации, их влияние на величину зерна кристаллизующегося металла. Влияние явления наклепа на эксплуатационные свойства металла. Диаграмма состояния железо-цементит. Закалка металла, состав, свойства и применение бороволокнитов.
контрольная работа [79,3 K], добавлен 12.12.2011Формирование структуры и методы исследования свойств металлов; диаграмма состояния "железо-цементит". Железоуглеродистые сплавы; термическая обработка металлов и сплавов. Сплавы, применяемые в промышленности; выбор сплава на основе цветного металла.
контрольная работа [780,1 K], добавлен 13.01.2010Виды твёрдых растворов. Методы измерения твердости металлов. Диаграмма состояния железо-карбид железа. Диаграмма изотермического превращения аустенита для стали У8, кривая режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 150 НВ.
контрольная работа [38,5 K], добавлен 28.08.2011Диаграмма стабильного равновесия железо–углерод и процесс образования в чугуне графита – графитизация. Связь структуры чугуна с его механическими свойствами. Особенности маркировки серого чугуна, его основные разновидности и область применения.
контрольная работа [847,3 K], добавлен 17.08.2009Микроструктура и углеродистых сталей в отожженном состоянии, зависимость между их строением и механическими свойствами. Изучение диаграммы состояния железо - углерод. Кривая охлаждения сплавов. Структура белого, серого, высокопрочного и ковкого чугуна.
презентация [1,5 M], добавлен 21.12.2010Структурные составляющие и фазы во всех областях диаграммы и их определение. Кривая охлаждения и её описание с применением правила фаз для сплава содержанием углерода 0,4%. Режим термической обработки для детали винт. Микроструктура стали после ТО.
контрольная работа [83,1 K], добавлен 08.10.2015Железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны – важнейшие металлические сплавы современной техники. Диаграмма состояния Fe–Fe3C. Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов, процессы при их структурообразовании. Состав и компоненты структуры стали и чугуна.
презентация [6,3 M], добавлен 14.10.2013Критические температуры превращений железа. Различия критических точек при нагревании и охлаждении. Механические свойства железа. Условия перехода алмаза в графит. Особенности жидкого раствора углерода в железе. Сходство в строении графита и цементита.
презентация [456,8 K], добавлен 29.09.2013Понятие и виды ликвации; причины возникновения и способы устранения. Методика измерения ударной вязкости. Составление диаграммы состояния железо-карбид железа. Механизм бейнитного превращения. Влияние температуры на изменение структуры и свойств стали.
контрольная работа [434,2 K], добавлен 03.09.2014Критические точки в стали, зависимость их положения от содержания углерода. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов, фазы и структурные составляющие: линии, точки концентрации, температуры; анализ фазовых превращений при охлаждении стали и чугуна.
реферат [846,6 K], добавлен 30.03.2011Составление диаграммы состояния железо-цементит с указанием структурных составляющих во всех ее областях. Построение кривой охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,5 % углерода. Определение температуры полного и неполного отжига.
контрольная работа [3,7 M], добавлен 03.12.2010Механические свойства железа. Аллотропия как важное свойство железа. Диаграмма состояния железа. Схема изменений свободных энергий кристаллических модификаций железа. Термический метод анализа. Кривая охлаждения железа. Критические точки чистого железа.
реферат [386,3 K], добавлен 30.03.2011Понятие о железоуглеродистых сплавах. Структурные составляющие ферри, цементита, аустенита, ледебури. Содержание углерода в перлите. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Система железо-цементит, графит. Линия солидуса кристаллизация сплавов.
презентация [1,3 M], добавлен 14.11.2016Основные характеристики кристаллической решетки. Скорость охлаждения при закалке и факторы влияющие на выбор скорости. Диаграмма состояния системы медь-серебро. Свойства сплавов в данной системе. Диаграмма состояния железо-углерод и ее описание.
курсовая работа [545,6 K], добавлен 13.11.2008Виды ликвации, причины возникновения и способы устранения. Определение ударной вязкости. Характеристики механических свойств металла. Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод. Диаграмма изотермического превращения аустенита для стали У8.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 22.09.2013Классификация чугунов по составу и технологическим свойствам. Температуры эвтектического и эвтектоидного превращений. Процесс образования графита в сплавах железа с углеродом. Схема образования структур при графитизации. Специальные свойства чугунов.
презентация [7,7 M], добавлен 14.10.2013Характерные особенности диаграммы железо-углерод. Обработка металлов давлением: ковка, штамповка, прокатка, прессование. Правила работы с электролитом для кислотных аккумуляторов. Понятие системы электросвязи, канала связи. Радиостанция Моторола Р040.
контрольная работа [959,0 K], добавлен 11.10.2010Кристаллизация и твердофазные превращения в белых чугунах, их характеристика, структура и свойства, эвтектические превращения, содержание цементита. Виды диаграмм состояния железо-углеродистых сплавов. Понятия чистое техническое железо, сталь и чугун.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 17.08.2009- Диаграмма состояния с полиморфными, эвтетктоидными, перитектоидными превращениями. Правило Курнакова
Зависимость между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава. Состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения. Состояние с полиморфным превращением двух компонентов. Микроструктура сплава.
контрольная работа [724,7 K], добавлен 12.08.2009 Структура сталей и белых чугунов. Выбор температуры в двухфазной области и определение содержания углерода в фазах. Структурные составляющие, встречающиеся в сплавах. Кривая охлаждения сплава. Принципы выбора температур для полного и неполного отжига.
контрольная работа [552,8 K], добавлен 25.11.2012
