п.1. Оформление титульного листа домашнего
зАдания
П.2. Пример выполнения домашнего задания
«Анализ двойных диаграмм»
Задание №10–Д
1. Общий анализ диаграммы состояния системы «Ti – W».
2. Для сплава, содержащего 40 % W:
· описать процесс кристаллизации при очень медленном охлаждении и, пользуясь правилом фаз, построить кривую охлаждения с указанием фазовых превращений на всех участках кривой;
· указать, из каких фаз будет состоять сплав при температуре 1200 °С, состав фаз и их количество (вес) на 1 килограмм сплава.
1. Общий анализ диаграммы.
Титан и вольфрам неограниченно растворяются в жидком состоянии, образуя неограниченный жидкий раствор Ж. В твёрдом состоянии они растворяются друг в друге ограниченно, образуя три ограниченных твёрдых раствора: α -твёрдый растворв α -модификации титана, β -твёрдый растворвольфрама в β -модификации титана и γ -твёрдый раствор титана в вольфраме. Химических соединений титан и вольфрам не образуют.
В системе «Титан – вольфрам» протекают два нонвариантных превращения: перитектическое и эвтектоидное.
При температуре 1880 °С протекает перитектическая реакция, заключающаяся в том, что жидкий раствор Ж, содержащий 25 % вольфрама, взаимодействует с ранее выпавшими из него кристаллами γ -твёрдого раствора, содержащего 92 % вольфрама, в результате чего образуется новая фаза – кристаллы β -твёрдого раствора, содержащие 50 % вольфрама:
При температуре 715 °С протекает эвтектоидное превращение, при котором β -твёрдый раствор, содержащий 28 % вольфрама, распадается в смесь α -твёрдого раствора, содержащего 0,8 % вольфрама, и γ -твёрдого раствора, содержащего 96 % вольфрама:
2. Описание процесса кристаллизации сплава с 40 % вольфрама.
При температурах выше 2350° сплав находится в жидком состоянии и состоит из одной фазы – жидкого раствора Ж. На этом участке охлаждения в сплаве не происходит никаких фазовых превращений, наблюдается простое физическое охлаждение жидкого раствора. Система бивариантна: , где .
При достижении температуры 2350 °С в сплаве начинается процесс первичной кристаллизации, который состоит в том, что из жидкого раствора будут выпадать первичные кристаллы γ -твёрдого раствора (Ж → γ).
Этот процесс является моновариантным: ,
где , сопровождается выделением тепла и идёт в интервале температур. На кривой охлаждения при температуре 2350 °С будет наблюдаться перегиб. Выпадение γ -твёрдого раствора из жидкого раствора будет продолжаться до температуры 1880 °С, при этом состав жидкого раствора будет изменяться по отрезку линии ликвидус от точки 1 к точке 2', а состав кристаллов γ -твёрдого раствора – по отрезку линии солидус от точки 1'' к точке 2". К моменту достижения сплавом температуры 1880 °С он состоит из первичных кристаллов γ -твёрдого раствора и жидкого раствора.
При температуре 1880° в сплаве будет протекать перитектическое превращение: жидкий раствор будет взаимодействовать с кристаллами
γ -твёрдого раствора, в результате чего будут образовываться кристаллы
β -твёрдого раствора:
Это превращение нонвариантно: , где , поэтому идёт при постоянной температуре и указанных концентрациях фаз. На кривой охлаждения температуре 1880 °С будет соответствовать горизонтальная площадка. Поскольку в сплаве жидкого раствора больше, чем необходимо для перитектического превращения, сплав в момент окончания превращения (точка 2' на кривой охлаждения – рисунок) будет состоять из кристаллов β -твёрдого раствора и остатка жидкого раствора.
При охлаждении от 1880 °С до 1820 °С остаток жидкого раствора будет кристаллизоваться в β -твёрдый раствор. Превращение моновариантно: , где , сопровождается выделением тепла и идёт в интервале температур, при этом состав жидкого раствора будет изменяться по линии ликвидус от точки 2' до точки 3' (см. рисунок), а состав кристаллов β -твёрдого раствора – по линии солидус от точки 2'" до точки 3. К моменту достижения температуры 1820° сплав состоит только из кристаллов β -твёрдого раствора.
В интервале температур 1820 °С до 1500 °С ни каких фазовых превращений в сплаве не происходит, идёт простое физическое охлаждение ненасыщенного β -твёрдого раствора. Система бивариантна: , где ) и при температуре 1820 °С на кривой охлаждения будет перегиб.
При температуре 1500 °С β -твёрдый раствор достигнет предела насыщения и в связи с тем, что при дальнейшем понижении температуры растворимость вольфрама в титане понижается, β -твёрдый раствор становится пересыщенным и избыток вольфрама выделяется из него со вторичными кристаллами γ -твёрдого раствора ().
Рис. Диаграмма состояния системы «Ti – W» и кривая охлаждения сплава с 40 % W.
Состав β -твёрдого раствора будет изменяться по линии сольвус от точки 4 к точке 5'''. В связи с понижением растворимости титана в вольфраме γ -твёрдого раствора будут выпадать вторичные кристаллы β -твёрдого раствора (). Состав γ -твёрдого раствора будет меняться по другой линии сольвус от точки 4'' к точке 5". Сплав моновариантен: где , процессы идут в интервале температур, а на кривой охлаждения при 1500 °С будет перегиб.
К моменту достижения сплавом температуры 715 °С его структура состоит из кристаллов β -твёрдого раствора, образовавшегося в результате перитектического превращения при 1860 °С, и тех кристаллов β -твёрдого раствора, в которые закристаллизовался остаток жидкого раствора в интервале 1880 °С – 1820 °С. Кроме того, в структуре сплава будут вторичные кристаллы γ - и β -твёрдых растворов, выпавшие в интервале 1500 °C –715 °C. При температуре 715 °С в сплаве будет протекать эвтектоидное превращение: β -твёрдый раствор будет распадаться в смесь кристаллов
α - и γ -твёрдых растворов:
Эвтектоидное превращение нонвариантно: , где , идёт при постоянной температуре 715 °С и указанных концентрациях фаз и поэтому температуре 715 °С на кривой охлаждения будет соответствовать горизонтальная площадка. В момент окончания эв-тектоидного превращения (точка 5' на кривой охлаждения – рисунок) структура сплава будет состоять из вторичных кристаллов γ -твёрдого раствора и эвтектоида
При дальнейшем охлаждении ниже 715 °С вследствие понижения растворимости вольфрама в титане из α -твёрдого раствора будут выпадать третичные кристаллы γ -твёрдого раствора и состав его будет изменяться по линии сольвус от точки 5' до точки 6' (см. рисунок), а вследствие понижения растворимости титана в вольфраме из γ -твёрдого раствора будут выпадать вторичные кристаллы α -твёрдого раствора.
Ниже 715 °С сплав моновариантен: и состоит из двух фаз (α - и γ -твердые растворы). Описанные процессы ( сопровождаются выделением тепла и идут в интервале температур.
Так как после эвтектоидного превращения в сплаве нет структурно самостоятельных кристаллов α -твёрдого раствора, а есть лишь мелкие кристаллы α -твёрдого раствора, входящие в состав эвтектоида и при средних увеличениях невидимые в микроскоп, то выпадающие из них еще более мелкие третичные кристаллы γ -твёрдого раствора тем более не будут видны; они останутся внутри эвтектоида и сольются с эвтектоидными кристаллами γ -твёрдого раствора.
Таким образом, окончательная структура сплава будет состоять из вторичных кристаллов γ -твёрдого раствора, эвтектоида и вторичных кристаллов α -твёрдого раствора:
3. Определение состава и количества фаз на 1 килограмм сплава.
При температуре 1200° сплав с 40 % вольфрама:
· состоит из двух фаз: (β -твёрдого раствора и γ -твёрдого раствора;
· β -твёрдый раствор содержит 34 % W и 66 % Ti;
· γ -твёрдый раствор содержит 95 % W и 5 % Ti;
· вес β -твёрдого раствора: ;
· вес γ -твёрдого раствора: .
Для выработки навыка разбора процессов, происходящих при охлаждении конкретного сплава, необходимо обязательно выполнение следующих действий: строить кривую охлаждения разбираемого сплава; против участков кривой охлаждения схематично изображать состояние фаз (структуру) сплава; письменно объяснять процесс, происходящий в сплаве при рассматриваемых температурных условиях.
П.3. Диаграмма «Железо – азот»
П.4. Диаграмма «Медь – бериллий»
П.5. Диаграмма «Медь – алюминий»
СОДЕРЖАНИЕ
Введение | ||
1. | Методические указания к самостоятельному изучению основных разделов дисциплины | |
1.1. Строение металлов | ||
1.2 Кристаллизация и структура металлов и сплавов | ||
1.3. Механические свойства материалов | ||
1.4. Диаграммы состояния сплавов | ||
1.5. Диаграмма «Железо-углерод (цементит)» | ||
1.6. Железоуглеродистые сплавы | ||
1.7. Теория и практика термической обработки углеродистых сталей | ||
1.8.Закалка и отпуск углеродистых сталей | ||
1.9. Легированные стали | ||
1.10. Упрочнение сплавов | ||
1.11. Конструкционные стали | ||
1.12. Коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы | ||
1.13. Инструментальные стали | ||
1.14. Твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые и абразивные материалы | ||
1.15 Титановые и медные сплавы | ||
1.16. Алюминиевые и магниевые сплавы | ||
1.17. Неметаллические материалы | ||
2. | Домашнее задание «Анализ двойных диаграмм» | |
2.1. Методические указания по выполнению домашнего задания «Анализ двойных диаграмм» | ||
2.2. Цели и задачи изучения диаграмм состояния | ||
2.3. Правило фаз | ||
2.4. Правило отрезков | ||
2.5. Общий обзор диаграмм состояния сплавов | ||
2.6. Описание диаграммы состояния сплава | ||
2.7. Построение кривой охлаждения заданного сплава и описание процесса кристаллизации | ||
2.8. Анализ состояния сплава при заданной температуре | ||
2.9. Варианты заданий для домашнего задания «Анализ двойных диаграмм» | ||
3. | Домашнее задание «Теория и практика материаловедения» | |
2.1. Методические указания по выполнению домашнего задания | ||
2.2. Варианты заданий для домашнего задания «Теоретические вопросы материаловедения» | ||
2.3. Варианты заданий для домашнего задания «Выбор материала и способа его упрочнения с учетом производственного назначения детали» | ||
4. | Методические указания к лабораторным работам | |
4.1. Лабораторная работа №1 «Микроскопический анализ сталей» | ||
4.2. Лабораторная работа №2 «Изучение процесса кристаллизации» | ||
4.3. Лабораторная работа №3 «Построение диаграммы состояния «Свинец – олово» термическим методом» | ||
4.4. Лабораторная работа №4 «Микроструктура железоуглеродистых сплавов» | ||
4.5. Лабораторная работа №5 «Термическая обработка стали» | ||
4.6. Лабораторная работа №6 «Микроструктуры термически обработанных сталей» | ||
5. | Библиографический список | |
6. | Приложения | |
П.1. Пример оформления титульного листа | ||
П.2. Пример выполнения домашнего задания ««Анализ двойных диаграмм» | ||
П.3. Диаграмма «Железо – азот» | ||
П.4. Диаграмма «Медь – бериллий» | ||
П.5. Диаграмма «Медь – алюминий» | ||
Содержание |