Контрольная работа по "Металлургии"

1. Вопрос: В чем сущность процесса модифицирования? Приведите пример использования модификаторов для повышения свойств литейных алюминиевых сплавов.

Ответ: Обычный силумин содержит 12—13 % Si и по структуре является заэвтектическим сплавом. Структура такого сплава состоит из игольчатой грубой эвтектики Al + Si и включений первичного кремния. Но если перед самой отливкой внести в сплав незначительное количество натрия или некоторых других веществ (например, 2/3 NaF + l/3NaCl), то структура резко изменится. Сплав становится доэвтектическим, структура его состоит из светлых первичных выделений алюминия и мелкозернистой эвтектики. Этот процесс называется модифицированием. (стр499-500)

2. Вопрос: В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией? Опишите особенности обоих видов деформации.

Ответ: Деформация может пластической, остающейся после снятия нагрузки. В зависимости от соотношения температуры деформации и температуры рекристаллизации различают холодную и горячую деформации. Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.

Деформацию  называют горячей, если ее проводят при температуре выше температуры рекристаллизации для получения полностью рекристаллизованной структуры.

При этих температурах деформация также вызывает упрочнение «горячий наклеп», которое полностью или  частично снимается рекристаллизацией, протекающей при температурах обработки  и при последующем охлаждении. В отличие от статической полигонизации и рекристаллизации, процессы полигонизации и рекристаллизации, происходящие в период деформации, называют динамическими

3. Вопрос: Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,0% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Ответ: Диаграмма железо — углерод (карбид железа), как ясно из названия, должна распространяться от железа до углерода.

Железо  образует с углеродом химическое соединение:  цементит — Fe3C.

При разборе диаграммы с  устойчивыми химическими соединениями оказывалось, что каждое устойчивое соединение можно рассматривать как компонент, и диаграмму можно рассматривать по частям.

Так поступим и сейчас,  рассматривая только часть системы от железа до химического  соединения (Fe8C — цементит). Это не только упрощает нашу задачу знакомства с системой, но  оправдано  еще и тем, что на практике применяют  металлические сплавы с содержанием  углерода не более 5 % (цементит содержит  углерода 6,7 %).

Следовательно, рассматривая диаграмму железо —углерод в участке от железа до цементита, компонентами системы можно  считать железе? и цементит. В таком случае до рассмотрения системы  следует ознакомиться со свойствами и строением этих компонентов. (стр. 143)

4. Углеродистые  стали 35 и У8 после закалки  и отпуска имеют структуру  мартенсит отпуска и твердость:  первая 45 HRC, вторая - 60 HRC. Используя диаграмму состояния железо карбид железа и учитывая превращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска, и объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 35.

Ответ: Закалка – термическая обработка – заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А₃для доэвтектоидной и А₁ – для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. В результате закалки из аустенита образуется неустойчивая, метастабильная структура мартенсит.

Для стали 35 температура А_С3 = 810°С, поэтому температуру закалки выбираем 850-870°С. Для стали У8 критическая точка А_С1 = 720°С, поэтому температура закалки равна 770-790°С.

Низкий  отпуск снижает закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переводится  в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. При отпуске уменьшается  степень тетрагональности кристаллической решетки мартенсита вследствие выделения из нее углерода в виде ε-карбида.

Низкий  отпуск для обеих сталей проводим при температуре 160 – 200ºС. Более  высокие температуры применять  не следует, так как это приводит к снижению твердости, статической  и усталостной прочности, износостойкости изделий. Структура стали 35 – отпущенный мартенсит, стали У8 – отпущенный мартенсит + карбиды. 

Рисунок 5 –  Твердость мартенсита в зависимости от  
содержания углерода

Из рисунка 5 видно, что сталь У8 (0,8-0,9%С) после  закалки имеет большую твердость, чем сталь 35 (0,32-0,40%С).

5. Вопрос: Сталь 40 подверглась закалке от температур 760 и 840°С. С помощью диаграммы состояния железо – цементит укажите, какие структуры образуются в каждом случае. Объясните причины образования разных структур и рекомендуйте оптимальный режим нагрева под закалку данной стали.

Ответ:

При закалке  стали 40 получилось соединение аустенит+феррит.

Аустенит — структура, представляющая собой твердый раствор углерода в у-железе. Область аустенита на диаграмме — NJESG. Обозначается аустенит А, у или FeY (С).

Феррит — структурная составляющая, представляющая  собой а-железо, которое в незначительном количестве  растворяет углерод; обозначается буквой Ф, а или Fee. Область феррита в системе железо — углерод расположена левее линии QPQ и AHN;