Расчетно-графическая работа

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра ОПД

 

 

 

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Материаловедение.

 

Вариант 21

 

Выполнил: студент Волков В.С.

Проверил: Дильмухаметова Л.С

 

Орск 2011

Вопрос №1

Начертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы и дайте им определение, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 1,7 % С. К какому классу по химическому составу он относится?

 

Ответ:

Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в α-железе, магнитен, имеет низкую прочность σв = 250 МПа, σ0,2 = 120 МПа, НВ 80–100, высокую пластичность (δ = 50 %, ψ = 80 %), зернистое строение.

Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе, немагнитен,

НВ 160 при δ = 40–50 %). Микроструктура аустенита имеет зернистое строение. Аустенит устойчив при высоких температурах. Медленно охлаждаясь, распадается, образуя эвтектоидную смесь феррита с цементитом – перлит.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом Fe3C – магнитен, имеет высокую твердость НВ > 800, очень низкую пластичность, сложную кристаллическую решетку.

Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, которая образуется при распаде медленно охлаждающегося аустенита. Состоит из пластинок или зерен цементита на ферритной основе. Перлитная структура стали получается при 0,8 % углерода. Механические свойства определяются формой и дисперсностью частиц цементитной фазы: чем мельче смесь, тем выше механические свойства. Пластинчатый перлит имеет НВ 180 – 220; σв = 800 МПа, δ = 10 %; зернистый перлит – НВ 160 – 200; σв = 650 МПа, δ = 20 %.

Ледебурит (Л) – механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита (цементита и перлита). Ледебурит твердая и хрупкая составляющая, НВ 600–700.

В сплаве с содержанием углерода 1,7 % в соответствии с диаграммой «железо-цементит» имеются 4 точки, характеризующих фазовые превращения при понижении температуры. До точки 1 сплав находится в жидком состоянии (Ж). В точке 1 при t = 1500 °C начинается кристаллизация жидкого раствора с выделением из него феррита.

Кристаллизация происходит в интервале температур. При охлаждение сплава до точки 2 при t =1200 °C.

Ниже точки 2 будет выделяться раствор γ (аустенит). После затвердевания сплав приобретает однофазную структуру аустенит (А). Точка 3 на диаграмме – температура конца кристаллизации – 1050 °С.

Охлаждение сплава до точки 4 при t = 727 °C приводит к измельчению зерен аустенита без изменения химического состава. С дальнейшим понижением температуры по границам зерен аустенита образуются зародыши феррита, которые растут, превращаясь в зерна. Количество аустенита (А) уменьшается, а содержание в нем углерода увеличивается, так как феррит (Ф) почти не содержит углерода.

На линии перлитных превращений РSК находится точка 4 при t = 727 °C.

Аустенит, распадается с одновременным выделением из него феррита и цементита вторичного (ЦII), которые образуют механическую смесь называемую перлитом (П).

Ниже точки 4 сплав имеет структуру «феррит+цементит(вторичный)». Эта структура сохраняется до температуры окружающей среды (комнатной температуры). Сплав такого фазового состава называется заэвтектоидной сталью и содержит углерода 1,7 %.

 

 

Вопрос №2

Для ответственных тяжелонагруженных (оси, зубчатые колеса) деталей применяют сплав марки Н12К15М10. Расшифруйте состав сплава, опишите влияние легирующих элементов и определите группу стали по назначению, укажите механические и технологические свойства сплава.

 

Ответ:

Заданный материал является высоколегированной сталью марки Н12К15М10.

Сплав содержит углерод 1% никель 12%, кобальт 15% молибден 10%

Классификация: сталь конструкционная высокопрочная высоколегированная.

Применение: используется в машиностроении, приборостроении и инструментальной промышленности.

По качеству: качественная.

По структуре: сталь мартенситно-стареющая.

 

Химический состав сплава:

C	Ni	Mo	Co
1-1	12-12	10-10	15-15

Никель – повышает прочность, пластичность, коррозионностойкость.

Молибден – увеличивает красностойкость, прочность, коррозионностойкость при высоких температурах.

Кобальт- не образует карбидов, слабо влияет на рост зерна, количественное влияние на процессы превращения, повышает мартенситную точку и уменьшает количество остаточного аустенита.

Механические свойства: σ_в=2500 МПа; σ_Т=2400 МПа; δ₅=6%; ψ=30%; KCU=200 кДж/м².

Термическая обработка: закалка 850— 880 °С, отпуск 380—550 °С. Перед отпуском детали охлаждают до 20—25 °С для обеспечения стабильности их работы.

Структура после термообработки: сохраняет мартенситную структуру.

 

Вопрос №3

Для изготовления инструмента из сплава У8 с помощью диаграммы железо-углерод опишите процесс изотермической закалки (цель, температурный режим, структура после закалки).

 

Ответ:

У8- инструментальная углеродистая сталь. Сплав содержит 0,8% углерода.

Закалка заключается в нагреве эвтектоидной стали до t⁰ 727 ⁰C. Нагрев производится до температуры t₁+(30-50) ⁰C, где t₁- температура, соответствующая процентному содержанию углерода в стали.

Цель закалки- это получение неравновесных структур, обладающих высокой твердостью, прочностью, упругостью и износостойкостью.

Структура стали после закалки определяется соотношением скорости охлаждения заготовки и критической скорости закалки для марки стали.

 

Нагрев при закалке приводит к изменению фазового состава сплава

Ф+П →А;

Выдержка при t_зак необходима для получения однородного аустенита. Быстрое охлаждение при закалке со скоростью большей υкр в специальной среде (вода) обеспечивает формирование структуры мартенсит (М).