Контрольная работа по "Материловедению"

Содержание

Задание № 1

Задание № 2

Задание № 3

Задание № 4

Задание № 5

Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание № 1

      Ликвацией в металлургии и литейном производстве называют неоднородность химического состава в различных частях отливки или слитка.

      Наличие ликвации характеризует степень качества отливки или слитка.

Повышенная концентрация вредных примесей в тех или  иных участках отливки ослабляет  соответствующие сечения отливки  и при эксплуатации может быть причиной ее поломки.

      В условиях реального производства отливок образование ликвации предопределяется двумя главными факторами: природой сплава и условиями кристаллизации в литейной форме.

     Различают два основных вида ликвации: бнутризеренную, или дендритную, и зональную.

     Внутричерепная, или дендритная, ликвация характеризуется наличием химической неоднородности в пределах отдельного зерна сплава. Дендритная ликвация выражается в том, что оси дендритных кристаллов отличаются по химическому составу от межосных пространств. Этот вид ликвации может быть в значительной степени устранён при длительном отжиге металла (так называемая гомогенизация) в результате диффузии примесей. Вместе с тем дендритной ликвации подвержены также кремний, марганец, вольфрам, хром, молибден и ряд других элементов. Величина дендритной ликвации, т. е. различие между содержанием отдельных элементов в осях и межосных пространствах дендритов достигает существенных значений, так степень дендритной ликвации в 3-т слитке составляет, %: серы около 200, фосфора 150, углерода 60, кремния 20, марганца 15.

     Отрицательное влияние дендритной ликвации проявляется в том, что она вызывает появление в готовой стали полосчатой структуры: при прокатке оси дендритов и межосные участки вытягиваются, образуя волокна или полосы, обладающие неодинаковым составом и свойствами. Структурная же полосчатость, а также вытягивающиеся вдоль волокон неметаллические включения вызывают анизотропию механических свойств металла в продольном и поперечном относительно оси прокатки направлениях: пластические свойства стали в поперечном направлении оказываются более низкими, чем в продольном.

     Ликвационная неоднородность твердого раствора может быть устранена отжигом при высокой температуре. Отжиг, имеющий своей целью устранение внутризеренной ликвации, в практике термической обработки называют гомогенизацией.

     При такой термической обработке происходит диффузионное выравнивание концентрации элементов внутри твердого раствора и ликвация устраняется или уменьшается. В тех случаях, когда в сплаве содержатся элементы, затрудняющие диффузию, гомогенизация, проходящая в продолжении многих часов, не может устранить рассматриваемый вид ликвации.

     Современная техника спектрографических исследований позволяет воспроизводить распределение элементов внутри зерен на плошали, диаметром около 0,2 мк.

     Зональной ликвацией называют химическую неоднородность, обнаруживаемую в объеме всего затвердевшего изделия.

     В том случае, когда наблюдается обогащение примесями центральной части отливки или слитка, зональную ликвацию называют прямой.

     Если повышенная концентрация примесей обнаруживается в периферийных зонах, а не в центре, зональную ликвацию называют обратной.

     Разновидностью зональной ликвации может считаться ликвация по удельному весу. При такой ликвации наблюдается механическое разделение компонентов сплава, значительно отличающихся друг ог друга величиной удельного веса.

     Ликвации по удельному весу благоприятствует объемная кристаллизация, при которой образующиеся кристаллы различных компонентов без особых затруднений могут опускаться или подниматься.

     Склонность к ликвации данного элемента тем больше, чем значительнее разница его растворимости в твердой и жидкой фазах.

     Устранить образовавшуюся зональную ликвацию в отливках или слитках практически невозможно.

     Явление ликвации может быть использовано в технике. Одним из самых важных практических применений ликвации является получение чистых металлов и полупроводников методами направленной кристаллизации и зонной плавки.

     Многократным повторением направленной кристаллизации можно добиться такого изменения концентрации элементов в разных частях слитка, при которой одна часть слитка будет характеризоваться высокой степенью чистоты. Высокая степень очистки металла может быть достигнута и при зонной плавке.

     Литейные сплавы, характеризующиеся малой склонностью к ликвации, предпочтительнее для изготовления сложных фасонных отливок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 2

     Феррит (лат. ferrum — железо), фазовая составляющая сплавов железа, представляющая собой твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в α-железе (α-феррит). Имеет объёмно центрированную кубическую кристаллическую решётку.

     Цементит — карбид железа, химическое соединение с формулой Fe3C. Концентрация углерода 6,67% по массе — предельная для железоуглеродистых сплавов. Цементит — метастабильная фаза; образование стабильной фазы — графита во многих случаях затруднено. Цементит имеет орторомбическую кристаллическую решётку, очень тверд и хрупок, слабо магнитен до 210 °C.

     Перлит (металловедение) — одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов — сталей и чугунов: представляет собой эвтектоидную смесь двух фаз — феррита и цементита (в легированных сталях — карбидов).

     Аустенит (γ-фаза) — высокотемпературная гранецентрированная модификация железа и его сплавов.

     В углеродистых сталях аустенит — это твёрдый раствор внедрения, в котором атомы углерода входят внутрь элементарной ячейки γ-железа во время конечной термообработки.

     Ледебурит — структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом чугунов, представляющая собой эвтектическую смесь аустенита и цементита в интервале температур 727—1147 °C, или феррита и цементита ниже 727 °C.

 

 

 

 

 

 

Задание 3

1. В машиностроении применяют отливки из серого, ковкого и высокопрочного чугуна. Эти чугуны отличаются от белого чугуна тем, что у них весь углерод или большая его часть находится в свободном состоянии в виде графита (а у белого чугуна весь углерод находится в виде цементита).

Структура указанных чугунов  состоит из металлической основы аналогично стали (перлит, феррит) и  неметаллических включений —  графита.

     Серый, ковкий и высокопрочный чугуны отличаются друг от друга в основном формой графитовых включений. Это и определяет различие механических свойств указанных чугунов.

     У серого чугуна графит (при рассмотрении под микроскопом) имеет форму пластинок.

     Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает сплошность металлической основы и действует как надрез или мелкая трещина. Чем крупнее и прямолинейнее формы графитовых включений, тем хуже механические свойства серого чугуна.

     Основное отличие высокопрочного чугуна заключается в том, что графит в нем имеет шаровидную (округленную) форму. Такая форма графита лучше пластинчатой, так как при этом значительно меньше нарушается сплошность металлической основы.

     Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы — углерод отжига.

     Механические свойства рассматриваемых чугунов можно улучшить термической обработкой. При этом необходимо помнить, что в чугунах создаются значительные внутренние напряжения, поэтому нагревать чугунные отливки при термической обработке следует медленно, чтобы избежать образования трещин.

     Отливки из чугуна подвергают следующим видам термической обработки.

Низкотемпературный отжиг. Чтобы снять внутренние напряжения и стабилизовать размеры чугунных отливок из серого чугуна, применяют  естественное старение или низкотемпературный отжиг.

     Более старым способом является естественное  старение, при котором отливка после полного охлаждения претерпевает длительное вылеживание — от 3—5 месяцев до нескольких лет. Естественное старение применяют в том случае, когда нет требуемого оборудования для отжига. Этот способ в настоящее время почти не применяют; производят главным образом низкотемпературный отжиг. Для этого отливки после полного затвердевания укладыва­ют в холодную печь (или печь с температурой 100—200° С) и вместе с ней медленно, со скоростью 75—100° С в час нагревают до 500— 550° С, при этой температуре их выдерживают 2—5 часов и охлаждают до 200° С со скоростью 30—50° в час, а затем на воздухе.

     К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,14%. В этих сплавах обычно присутствует также кремний и некоторые количества марганца, серы и фосфора, а иногда и другие элементы, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.

     В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe3C - цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые обладают очень высокой твердостью и режущим инструментом обрабатываться не могут. Поэтому белые чугуны для изготовления изделий применяют крайне редко, их используют главным образом в виде полупродукта для получения так называемых ковких чугунов. Получение белого или серого чугуна зависит от его состава и скорости охлаждения.

     В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяют на простые, низколегированные (до 2,5% легирующих элементов), среднелегированные (2,5- 10% легирующих элементов) и высоколегированные (свыше 10% легирующих элементов). Шире всего используют простые и низколегированные серые литейные чугуны.

     Чугун получил широкое распространение как конструкционный материал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности в связи с рядом преимуществ перед Другими материалами, среди которых в первую очередь надлежит упомянуть следующие: невысокая стоимость, хорошие литейные свойства. Изделия, изготовленные из него, имеют достаточно высокую прочность и износостойкость при работе на трение и характеризуются меньшей, чем сталь чувствительностью к концентраторам напряжений. Наряду с перечисленными преимуществами изделия из серого литейного чугуна хорошо обрабатываются режущим инструментом. Последнее вместе с хорошими литейными свойствами позволяет оценить чугун как весьма технологичный материал.

     Главный процесс, формирующий структуру чугуна, - процесс графитизации (выделение углерода в структурно-свободном виде), так как от него зависит не только количество, форма и распределение графита в структуре, но и вид металлической основы (матрицы) чугуна. В зависимости от степени графитизации матрица может быть перлитно-цементитной (П -f- Ц), перлитной (П), перлитно-ферритной (П Ч- Ф) и ферритной (Ф). Цементит перлита называют эвтектоидным, остальной цементит - структурно-свободным. Некоторые элементы, вводимые в чугун (в порядке силы действия: С, Si, Ni, Co, Cu ), способствуют графитизации, другие - препятствуют(S, V, Cr, Sn, Mo, Mn). Наибольшее графитизирующее действие оказывают углерод и кремнии, наименьшее - кобальт и медь.

     Наиболее сильно задерживают процесс графитизации (оказывают отбеливающее действие) сера, ванадий, олово. Поэтому в серых литейных чугунах всегда содержится значительное количество кремния.

   2. Чугун - сплав  железа с углеродом (более 2 % С), разделяют на нелегированный  и легированный, содержащий хром, никель, марганец и другие легирующие  элементы.

     По структуре различают белый чугун (с белым изломом), в котором углерод находится в виде цементита, и серый чугун (с серым изломом), в котором углерод находится в основном в форме графита. Серый чугун подразделяют на серый литейный, высокопрочный, ковкий, жаростойкий, жаропрочный, коррозийно стойкий и антифрикционный.

      Обозначение марок различных групп чугуна:

• передельный чугун - П1, П2;

• передельный чугун для  отливок - ПЛ1, ПЛ2;

• передельный фосфористый  чугун - ПФ1, ПФ2, ПФ3;

• передельный высококачественный чугун ПВК1, ПВК2, ПВК3;

• чугун с пластинчатым графитом СЧ;

 цифры стоящие после  букв "СЧ", обозначают величину  временного сопротивлению разрыву  в кгс/мм;

• антифрикционный чугун  серый - АЧС;

• антифрикционный высокопрочный - АЧВ;

• антифрикционный ковкий - АЧК;

• чугун с шаровидным графитом для отливок ВЧ;

 цифры после букв "ВЧ" означают временное сопротивление  разрыву в кгс/мм ;

• чугун легированный со специальными свойствами Ч;

 буквы после буквы  "Ч" означают легирующие  элементы: Х - хром, С - кремний,  Г - марганец, Н - никель, Д - медь, М - молибден, Т - титан, П - фосфор, Ю - алюминий. Цифры после букв  означают среднее содержание  основных легирующих элементов в процентах. Буква "Ш" в конце марки чугуна указывает, что чугун имеет графит шаровидной формы.