Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Заочно-вечерний факультет
Кафедра общеобразовательных дисциплин
Контрольная работа
по дисциплине «Материаловедение»
Вариант№ 37
Выполнил:
студент
группы АТбз 13-1
Грибенко Л. О.
Проверил:
преподаватель
Константинова М. В.
Содержание
1. Объясните, почему деформирование свинца при комнатной температуре считают горячим (температура плавления свинца 327°С), а деформирование вольфрама при 1000°С является холодным (температура плавления вольфрама 3410°С). 4
2. Вычертите диаграмму- состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите фазовые и структурные превращения в сплаве, содержащем 4,1% углерода, при охлаждении из жидкого состояния. Постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз Гиббса) для этого сплава. Укажите название и структуру сплава при комнатной температуре. По правилу Курнакова определите количественное соотношение фаз в сплаве при температуре 800°С. 6
3. 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 превращения структуры стали. 8
4. Для изготовления деталей, работающих в окислительной атмосфере при 800°С, выбрана сталь 12Х18Н9Т. Укажите примерный состав (в соответствии с маркой) и определите структурный класс стали, обоснуйте выбор стали для данных условий работы. Объясните влияние хрома. Назначьте термообработку, охарактеризуйте свойства стали. 10
5. Что такое резина? В чем состоит процесс вулканизации? Опишите (в общем) состав и свойства резин. 12
Список использованной литературы.. 17
1. Объясните, почему деформирование свинца при комнатной температуре считают горячим (температура плавления свинца 327°С), а деформирование вольфрама при 1000°С является холодным (температура плавления вольфрама 3410°С).
В зависимости от отношения температуры деформации к температуре рекристаллизации различают холодную и горячую деформацию.
Холодной деформацией называют обработку давлением при температурах ниже температуры начала рекристаллизации. При холодной деформации рекристаллизация не происходит. Металл упрочняется, приобретает волокнистое строение. Зерна вытягиваются в направлении действующей силы (образуется текстура деформации).
Изменение структуры и свойств при холодной пластической деформацией:
1) анизотропия формы зерна; изменение ориентация зерен – они вытягиваются в напряжении нагрузки
2) увеличение плотности дислокаций; увеличение конца вакансий; внутри зерен образуются субзерно с различной кристаллографической ориентировкой.
3) Упрочнение (наклеп), снижение пластичности, анизотропия свойств.
Горячей деформацией называют обработку давлением при температурах выше температуры начала рекристаллизации. В этом случае одновременно с деформацией происходит рекристаллизация металла: деформированные зерна практически мгновенно заменяются новыми равновесными. Высокая пластичность и низкая твердость и прочность сохраняются в течение всего процесса деформации. Наклепа не происходит.
При t больше tпр в сплаве также протекают процессы разупрочнения, что связано с динамической полигонизацией и рекристаллизацией. Динамическая полигонизация сопровождается увеличением плотности дислокаций в субзернах, динамическая рекристаллизация отличается тем, появившиеся рекристаллические зерна из-за продолжающейся деформации наклепываются.
Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.
1 стадия – первичная рекристаллизация(обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой.
2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в самопроизвольном росте одних рекристаллизационых зерен за счет соседних, путем перемещения больше угловых границ.
Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления
Температура начала рекристаллизации свинца:
Трекр = 0,4 (327 + 273) = 240 К, тогда tрекр. = (240 – 273) = -33 °С
Деформирование свинца при комнатной температуре является горячей деформацией
Температура начала рекристаллизации вольфрама:
(3410 + 273) ·0,4 – 273 = 1200°С.
Деформирование вольфрама при комнатной температуре является холодной деформацией.
2. Вычертите диаграмму- состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите фазовые и структурные превращения в сплаве, содержащем 4,1% углерода, при охлаждении из жидкого состояния. Постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз Гиббса) для этого сплава. Укажите название и структуру сплава при комнатной температуре. По правилу Курнакова определите количественное соотношение фаз в сплаве при температуре 800°С.
При определенных условиях в железоуглеродистых сплавах могут существовать в равновесии одновременно три фазы. В системе железо-карбид железа происходят три изотермических превращения (на кривых охлаждения им соответствуют горизонтальные площадки):
Линия HIB (1499 °С) соответствует перитектическому превращению:
ФН + ЖВ → АI;
Линия ECF (1147 °С) соответствует эвтектическому превращению:
ЖС → [АЕ + Ц] ледебурит;
Линия PSK (727 °С) соответствует эвтектоидному превращению
АS → [ФР +Ц] перлит.
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.
При охлаждении белого доэвтектического чугуна (2,14<С<4,3 сплав1) в интервале температур от точки 1 до точки 2 происходит кристаллизация аустенита (Ф=2, С=1), состав жидкости при этом стремиться к точке С. При достижении температуры точке 3 (линия ЕСF) происходит изотермическое эвтектическое превращение оставшейся жидкости с образованием ледебурита по реакции 2 (Ф=3, С=0), на кривой охлаждения – площадка 2-2. В интервале температур от точки 2 до точки 3 происходит выделение из аустенита вторичного цементита, состав аустенита при этом стремиться к точке S(Ф=2, С=1). При достижении температуры точки 3 линия (PSK) происходит изотермическое эвтектоидное превращение с образованием перлита по реакции 3 (Ф=3, С=0), на кривой охлаждения – площадки 3-3. При температуре ниже точки 3 происходит выделение из феррита цементита третичного (Ф=3, С=1). Структура белого довтектического чугуна при комнатной температуре- перлит, цементит вторичный и ледебурит.
а) б)
Рисунок 3: а - диаграмма железо-цементит, б - кривая охлаждения для сплава, содержащего 4,1% углерода
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 превращения структуры стали.
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.
4. Для изготовления деталей, работающих в окислительной атмосфере при 800°С, выбрана сталь 12Х18Н9Т. Укажите примерный состав (в соответствии с маркой) и определите структурный класс стали, обоснуйте выбор стали для данных условий работы. Объясните влияние хрома. Назначьте термообработку, охарактеризуйте свойства стали.
Сплав 12Х18Н9Т применяется в сварных конструкциях, работающих в контакте с азотной кислотой и другими средами окислительного характера; в некоторых органических кислотах средней концентрации, органических растворителях, атмосферных условиях и т.д. Изготавливают емкостное, теплообменное и другое оборудование.
Для изготовления сварных конструкций в криогенной технике при температуре до —269 °С.
Сталь выплавляют в дуговых электропечах.
Химический состав сплава 12Х18Н9Т
| C | Cr | Fe | Mn | Ni | P | S | Si | Ti |
| ≤0,12 | 17-19,0 | Осн. | ≤2,0 | 8-9,5 | ≤0,035 | ≤0,020 | ≤0,8 | 5·С-0,8 |
Коррозионная стойкость сплава 12Х18Н9Т
По ГОСТ 7350-77, ГОСТ 5582-84, ГОСТ 4986-78, ГОСТ 5945-75, ГОСТ 18143-72, ГОСТ 9940-81 и ГОСТ 9941-81 сталь 12Х18Н10Т и по ГОСТ 7350-77, ГОСТ 5945-75, ГОСТ 18143-72 сталь 12Х18Н9Т должны быть стойки против межкристаллитной коррозии при испытании по методам AM и АМУ ГОСТ 6032-89 с продолжительностью выдержки в контрольном растворе соответственно 24 и 8 ч. Испытания проводят после провоцирующего нагрева при 650 °С в течение 1 ч.
При непрерывной работе стали устойчивы против окисления на воздухе и в атмосфере продуктов сгорания топлива при температуре до 900 °С и при работе в условиях теплосмен до 800 °С.
Сталь 12Х18Н9Т обладают достаточно высокой жаростойкостью при 600-800 °С.
Хромистые стали устойчивы только по отношению к кислотам-окислителям, например, к азотной кислоте, так как их устойчивость вызвана пассивирующим действием хрома. После термической обработки хромистая сталь хорошо служит в атмосферных условиях и в пресной воде. В морской воде ее стойкость невелика вследствие развития местной коррозии.
Хром, содержание которого в стали составляет 17-19%, представляет собой основной элемент, обеспечивающий способность металла к пассивации и обеспечивающий ее высокую коррозионную стойкость.
Сталь 12Х18Н9Т обладают хорошей технологичностью при горячей пластической деформации. Однако при горячей обработке необходимо принимать во внимание конкретный химический состав данной плавки, имея в виду содержание 8-феррита. Особые меры предосторожности следует принимать при деформации литого металла. Во избежание образования неисправимых дефектов - рванин рекомендуется слитки стали 12Х18Н9Тпри содержании 20 % 8-феррита и более нагревать не выше 1240-1250 °С, при содержании 16-19 %-не выше 1255 °С и при содержании до 16 % - до 1270 °С.
Температурный интервал обработки давлением деформированного металла составляет 1180-850 °С. Скорость нагрева и охлаждения не лимитируется. В холодном состоянии обе стали допускают высокие степени пластической деформации.
Для снятия напряжений и улучшения стойкости сварных соединений кроме закалки сварные конструкции подвергают стабилизирующему отжигу при 850-900°С.