1 Дайте определение следующим понятиям диаграмма состояния

1 Дайте определение следующим понятиям:
диаграмма состояния, ликвидус, солидус, способ Роквелла
Диаграмма состояния – графическое изображение фазового состава сплавов данной системы в функции температуры и химического состава сплавов. Диаграмму состояния строят в координатах температура — химический состав сплава.
Линия ликвидус – геометрическое место точек, которые определяют температуру начала кристаллизации сплавов.
Линия солидус – геометрическое место точек, которые определяют температуру конца кристаллизации сплавов. Эти линии разделяют диаграммы состояния на области с различным фазовым составом.
Способ Роквелла является способом определения твердости, являющийся наиболее универсальным и наименее трудоемким. Число твердости отсчитывается непосредственно по шкале твердомера. Твердость зависит от глубины вдавливания наконечника, в качестве которого используют алмазный наконечник с углом при вершине 120о или стальной шарик диаметром 1,588 мм. Нагрузку выбирают в зависимости от материала наконечника. Для различных комбинаций нагрузок и наконечников прибор Роквелла имеет три измерительных шкалы: А, В, С.
Шкала А (наконечник – алмазный конус, общая нагрузка 600 Н). Эту шкалу применяют для особо твердых материалов, для тонких листовых материалов или тонких (0,5-1,0 мм) слоев. Измеренную твердость обозначают HRA. Пределы измерения твердости по этой шкале 70-85.
Шкала В (наконечник – стальной шарик, общая нагрузка 1000 Н). По этой шкале определяют твердость сравнительно мягких материалов (<400 НВ). Пределы измерения твердости – 25-100.
Шкала С (наконечник – алмазный конус, общая нагрузка 1500 Н). Эту шкалу используют для твердых материалов (>450 НВ), например, закаленных сталей. Измеренную твердость обозначают HRC. Пределы измерения твердости по этой шкале 20-67.
2 Начертите диаграмму железо-цементит, укажите структуры во всех областях и постройте кривые охлаждения для сплавов с заданным количеством углерода (в %). Все получающиеся структуры охарактеризуйте.
24) 0.9, 3.9
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 α-железе (δ-раствор) или кристаллы феррита. Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раствора (феррита). На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-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. Структура чугунов ниже 1147°С представляет собой: для доэвтектических – аустенит+ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный)+ледебурит.
Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-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. 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 727ºС имеют структуру феррит+перлит и заэвтектоидные – перлит+цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.
Сплав с 0,9 % С (рисунок 1). Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии. При охлаждении сплава до температуры в точке 1 начинается его кристаллизация с выделением из жидкого раствора кристаллов аустенита. При дальнейшем охлаждении сплава ниже точки 1 в расплаве существуют две фазы – жидкая и кристаллы аустенита. По мере охлаждения концентрация компонентов в аустените изменяется согласно линии JE, а в жидкости – согласно линии ВС. Число степеней свободы до точки 1 равно 2, то есть С=2-1+1=2 (2 компонента – углерод и железо, 1 фаза — жидкая). Система бивариантная.

Рисунок 1 – Диаграмма состояния железо-цементит и кривая охлаждения сплава с 0,9 % С

Кристаллизация сплава заканчивается в точке 2(1260 оС). В интервале температур от точки 2 до точки 3 сплав охлаждается и никаких превращений не претерпевает. Число степеней свободы в данном интервале температур: С=2-21+1=1 (2 компонента – углерод и железо, 1 фаза — жидкая). Система моновариантная.
При охлаждении ниже точки 3 с концентрацией 0,9 % С становится пересыщенным. Вследствие этого избыточный углерод из зерен аустенита переходит к границам и выделяется в виде цементита вторичного. Концентрация углерода в аустените изменяется от точки 3 к точке S, то есть по линии ES. Число степеней свободы – С=2-1+1=2, система бивариантная.
При достижении температуры в точке 4 (727 оС) происходит эвтектоидное превращение, то есть аустенит распадается на ферритоцементитную смесь – перлит:
А→Ф+Ц
Система нонвариантная, то есть С=2-3+1=0.
С понижением температуры сплава ниже 727 оС растворимость углерода в феррите уменьшается по линии PQ и, следовательно, избыточный углерод из феррита выделяется в виде третичного цементита. Число степеней свободы равно 1, система моновариантная.
Третичный цементит при рассмотрении в микроскоп не отличается от цементита.
При комнатной температуре структура заэвтектоидного сплава с концентрацией углерода 0,9 % представляет собой перлит и вторичный цементит. Цементит представляет собой тонкую сетку, окаймляющая зерна перлита.
Сплав с 3,9 % С.

Рисунок 2 — Диаграмма состояния железо-цементит и кривая охлаждения сплава с 3,9 % С

Сплав с 3,9 % С представляет собой доэвтектический чугун, структура которого представляет собой перлит, ледебурит и цементит вторичный. Рассмотрим структурно-фазовые превращения, происходящие в данном сплаве в интервале температур от 1500 оС до 20 оС (рисунок 2).
До точки 1 (≈1200 оС) сплав находится в жидком состоянии. При охлаждении сплава до температуры в точке 1 начинается его кристаллизация с выделением из жидкого раствора кристаллов аустенита. При дальнейшем охлаждении сплава ниже точки 1 в расплаве существуют две фазы – жидкая и кристаллы аустенита. По мере охлаждения концентрация компонентов в аустените изменяется согласно линии JE, а в жидкости – согласно линии ВС. При температуре 1147 оС (точка 2) содержание углерода в расплаве достигает 4,3 % и при постоянной температуре оставшийся расплав кристаллизуется в эвтектику (механическую смесь аустенита, содержащего 2,14 % углерода и цементита), называемую ледебуритом Л→АЕ+Ц. При дальнейшем охлаждении ниже точки 2 из аустенита, структурно свободного не входящего в состав ледебурита выделяется избыточный углерод в виде вторичного цементита.
При достижении температуры 727 оС (точка 3) аустенит обедняется углеродом и приобретает состав, соответствующий эвтектоидному. В точке 3 начинается эвтектоидное превращение аустенита в перлит (участок 3-3׳). Перлит образуется из структурно свободного аустенита и из аустенита, входящего в состав ледебурита Л(А+Ц). При дальнейшем охлаждении от точки 3 происходит выделение избыточного углерода из феррита, входящего в перлит и видоизмененный ледебурит, в виде третичного цементита наслаивается на цементит перлита и ледебурита. Третичный цементит не влияет на свойства чугунов из-за незначительного количества. Конечный состав доэвтектического чугуна перлит+видоизмененный ледебурит (перлит+цементит)+цементит вторичный.

3 Для заданных материалов приведите состав, свойства и примеры применения:
55ХГР, У13А, 15Х11МФ, Х13Ю4, БрА5,ВТ3-1, углепластик

55ХГР – сталь конструкционная рессорно-пружинная.
Химический состав стали 55ХГР
Хим. Элементы C Mn
Ni Si S и P Cr
% 0,52-0,6 0,9-1,2 до 0,25 0,17-0,37 до 0,035 0,9-1,2

Механические свойства:
σВ, МПа σВ, МПа δ, % ψ, % Термическая
обработка
1270 1175 7 35 закалка 850 оС, масло, Отпуск 470 оС

Применение: используется для изготовления рессорной полосовой стали толщиной 3— 24 мм

У13А – сталь высококачественная углеродистая инструментальная
Химический состав стали, %:
C Mn
Ni Si S Р
Cr
1,26-1,34 0,17-0,28 до 0,2 0,17-0,33 до 0,018 до 0,025 до 0,2

Механические свойства стали: σВ=900 Мпа, НВ 10-1=217 МПа
Применение: инструменты повышенной износостойкости, работающие при умеренных и значительных давлениях без разогрева режущей кромки

15Х11МФ – жаропрочная сталь мартенситного класса
Химичский состав стали, %:
C Cr Mn
Ni Si S Р
0,12-0,19 10,0-11,5 до 0,7 до 0,6 до 0,5 до 0,025 до 0,03

Механические свойства:
σВ, МПа σВ, МПа δ, % ψ, % KCU, кДж/м2
≥740 590-755 ≥15 ≥50 ≥588

Применение: турбинные лопатки, поковки, бандажи; детали, длительно работающие при температурах до 560 °С; температура окалинообразования 750 °С

Х13ЮА – сплав прецизионный с высоким электрическим сопротивлением.
Химический состав стали, %:
C Al Cr Mn
Ni Si S Р
до 0,15 3,5-5,5 12-15 до 0,7 до 0,6 до 1 до 0,025 до 0,03

Сталь Х13ЮА применяется для элементов сопротивления; сплав жаростойкий в окислительной атмосфере.

БрА5 – бронза безоловянная, обрабатываемая давлением.
Химический состав сплава, %:
Fe Al Сu
Mn
Si Zn Pb
Sn
до 0,5 4-6 92.9-96 до 0,5 до 0,1 до 0,5 до 0,03 до 0,1

Механические свойства:

σВ, МПа δ, %
сплав мягкий 360-440 60-70
сплав твердый 700-800 4-6

Применение: детали, работающие в морской воде, детали для химического машиностроения; деформируется в холодном и горячем состоянии, коррозионно-стойкая, жаропрочная, стойкая к истиранию.

ВТ3-1 – титановый деформируемый сплав
Fe Al Сr
Mo Si Zn N O
0,2-0,7 5,5-7 0,8-2,3 2-3 0,15-0,4 до 0,5 до 0,015 до 0,018

Механические свойства:
σВ, МПа δ, % ψ, % KCU, кДж/м2
1040-1118 10-20 45-60 300-400

Применение: кованые и штампованные детали, работающие при температуре до 400°C (6000 ч) и до 450°C (2000 ч); класс по структуре α+β

Углепластик — это композиты, содержащие в качестве наполнителя углеродные волокна. Этот сравнительно новый класс ПКМ получил в последние годы наиболее интенсивное развитие благодаря своим уникальным свойствам.
Механические свойства
Параметр Марка углепластика

КМУ-1 КМУ-Злп
КМУ-4э КМУ-9
Наполнитель Жгут ВМН-4 Лента ЛУ-П
Лента Элур-П
Жгут УКН- 11/500
Объемное содержание волокон, % 57-63 50-55 54-59 60-62
Плотность р, кг/м3 1,45-1,49 1,4-1,45 1,49-1,52 1,55-1,58
Прочность при растяжении, МПа: вдоль волокон/поперек волокон 1020/14 730/20 900/32 1500/32
Предел прочности при сжатии, МПа:
вдоль волокон/ поперек волокон 400/100 530/120 900/130 1200/140
Прочность при сдвиге вдоль волокон, МПа 30 54 78 85
Модуль упругости при растяжении, ГПа: вдоль волокон/поперек волокон 180 1479,9 120/10 140/9
Модуль сдвига, ГПа 3,5 5,1 6,5 6,8
Коэффициент Пуассона 0,27 0,27 0,265 0,27

Применение: углепластики широко используются при изготовлении лёгких, но прочных деталей, заменяя собой металлы, во многих изделиях от частей космических кораблей до удочек, среди которых: ракетно-космическая техника, авиатехника (самолётостроение, вертолётостроение), судостроение (корабли, спортивное судостроение), автомобилестроение ( бамперы, пороги, двери, крышки капотов), мотоциклы, наука и исследования и т.д.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

18 + 4 =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector