Курсова работа
по
Материалознание и технология на металите
Контролни въпроси:
-
1.4.Колко вида “дефекти” в строежа на реалните кристали познавате? Опишете ги.
-
6.18. Коя е разликата в структурата на белите и сивите чугуни?
-
9.4. Коя структура ще се получи при закаляване на стомана С45 след нагряване на линиите GS и PS на желязовъглеродната диаграма?
-
12.4. Как се променя обемът на мартензита в закалена стомана при ниско отвръщане?
-
15.7 Коя от изброените стомани е за инструменти за студено пластично деформиране: C10, C45, 20Cr4, 90CrSi4?
Задачи:
-
7.Въглеродни стомани С20, С40 и С60 са подложени на термично обработване отгряване. Да се избере и обоснове метод за измерване на твърдостта им и обясни нейното изменение при увеличаване на въглеродното им съдържание.
-
40. На фиг. 23, а, б е показана микроструктурата на два материала за режещи инструменти. Единият запазва режещите си качества до 200 градуса, а другия до 850 градуса. Да се определи фазовия им състав и обясни причината за различното им поведение при нагряване.
-
98. Някои детайли на щампи за горещо обемно деформиране по време на работа се нагряват до 500 градуса. Да се избере подходяща стомана, покаже и обоснове химичния състав, термичното обработване, структурата и свойствата на готовата щампа.
-
115. Художествените отливки се изработват най-често от медно-калаени сплави (бронз). Да се посочи химичния състав и структурата на този вид бронз.
1.Структура на металите
Методи на изследването им
4.Колко вида “дефекти” в строежа на реалните кристали познавате? Опишете ги.
Отговор: Дефектите са характерни за моно и за поликристалното състояние. Делят се на статични и динамични. Статичните се формират в хода на кристализацията, а динамичните при външни въздействия. В зависимост размера и формата си дефектите биват точкови, линейни, обемни и повъхностни.
Към точковите се отнасят дефектите: Ваканции – при липсващ атом във възел на кристалната решетка.; Междувъзлови атоми- те са разположени извън или между възлите на решетката и предизвикват локални изкривявания на кристалната решетка; Примесени атоми- получават се при наличие на втори атом във възел на кристалната решетка.
Линейни дефекти- при тях има екстра-равнина характерна за дислукацията. Тази равнина е излишна и стои между други две. При външно въздействие дислукациите предават функциите си на съседни равнини и накрая на кристала се получава стъпало. Натрупват се примеси и се появяват нови дислукации като движението се затруднява.
Повърхностни дефекти- границите между кристалите е повърхностен дефект. До тях се наблюдава нарушаване в подреждането на частиците, което е причина за повишена енергия, тези зони с различна оривнтация на кристалната решетка се наричат блокове.
Обемните дефекти представляват микро пора или микро пукнатина.
6. Fe – C диаграма
18. Коя е разликата в структурата на белите и сивите чугуни?
Отговор: Разликата между белите и сивите чугуни е според състоянието на въглерода.
При белите чугуни цялото количество на въглерода се намира в свързано състояние т.е. във вид на циментит (Fe3C), докато при сивите чугуни, въглеродът е в свободна форма – модификацията си графит. Белите чугуни в зависимост от количеството на въглерода се разделят на подевтектични ( от 2,14% до 4,3%С ), евтектични (4,3%С) и надевтектични (от 4,3% до 6,67%С). В структурата на всички бели чугуни има циментитен евтектикум (ледебурит).
Може да се смята, че структурата на белите чугуни се състои от ледеборит (циментитен евтектикум) и перлит.
В почти всички сиви чугуни с изключение на феритните, въглеродът не е изцяло свободен (във вид на графит), а част от него е свързана в химично съединение циментит, който е съставна част на перлита. Когато в структурата освен перлит има и свободен циментит, чугунът е полусив. Ако само в повърхностния слой има циментит, чугунът се нарича избелен.
Структурата на сивите чугуни може да се разглежда като метална основа (матрица) от подевтектоидна или евтектоидна стомана с вградени в нея графитни включвания, различни по форма, големина и разпределение в зависимост от технологията на получаване.
9.Термично обработване на стомани
Закаляване
4. Коя структура ще се получи при закаляване на стомана С45 след нагряване на линиите GS и PS на желязовъглеродната диаграма?
Отговор: След закаляване на стомана С45 и охлаждането й във вода се получава структурата мартензит – ферит.
Стомана С45 е подевтектоидна стомана, чиято структура е ферит и перлит.
Целта на нагряването е да се получи аустенитна структура, която при охлаждането да премине в мартензит. Оптималната температура за нагряване на подевтектоидните стомани е Ас3 + (30-50ºС). При това естествено се получава дребнозърнест аустенит, който после преминава в дребноиглест мартензит. Ако стоманата се нагрее в интервала Ас1-Ас3, в структурата ще се запази подевтектоиден ферит, който остава след закаляването непревърнат и намялява якостта и твърдостта. На кратко - при нагряване между линиите GS и PS се получава структура ферит + аустенит, която след охлаждането преминава във ферит + мартензит.
12. Отвръщане на закалени стомани
4. Как се променя обемът на мартензита в закалена стомана при ниско отвръщане?
Отговор: Обемът на мартензита в закалена стомана намалява постепанно.
Отвръщането е. термична обработка, която се прилага след закаляване на стоманени детайли, като се нагряват до температура по-ниска от критичната точка А, задържат се при тази температура определено време и след това се охлаждат до стайна температура. В зависимост от режима на отвръщане се получават различни структури.
Структурата на закалената стомана представлява тетрагонален мартензит и остатъчен аустенит. Тези два твърди разтвора са термодинамично неустойчиви, те не са характерни за стайна температура при равновесни условия.
Установено е, че при нагряване до 80°С промени в структурата не се наблюдават, но протичат изменения с малка скорост, подобни на стареене. С повишаване на температурата от 80 до 200°С се регистрира намаляване на обема. Това се дължи на отделянето на въглерод от мартензи-та, който от тетрагонален се стреми да се превърне в по-устойчив отвърнат (кубичен) мартензит. Дотук е първият стадий на превръщане при отвръщане.
При нагряване в интервала от 200 до 300°С описаният в първия стадий процес продължава, като успоредно с това започва разпадането на остатъчния аустенит. Той се разпада на отвърнат мартензит и карбиди, по състав и свойства еднакви с тези, които се получават при същите температури от мартензита. Дилатометричната крива показва увеличаване на обема, защото продуктите на разпадането на остатъчния аустенит имат по-голям специфичен обем. Това е вторият стадий на превръщане при отвръщане.
От тук следва извода, че след след ниско отвръщане обемът на мартензита в закалена стомана намалява постепенно.
15. Термично обработване на легирани стомани
7. Коя от изброените стомани е за инструменти за студено пластично деформиране: C10, C45, 20Cr4, 90CrSi4?
Отговор: Стомана 90CrSi4
За да могат да се изработя инструменти за студено пластично деформиране, стоманата трябва да притежава висока якост и твърдост. Свойството на стоманите да увеличават твърдостта си, се нарича закаляемост, от където следва, че е необходима стомана, която има висока закаляемост и ниско отвърщане, защото при ниското отвръщане навъглеродния слой запазва високата си твърдост и износоустойчивост, но вътрешните напрежения в него са намалени. Приема се, че една стомана е закалена, ако твърдостта й е над 55-60 HRC. Закаляемостта зависи пряко от въглеродното съдържание. Необходима ни е стомана с процентно съдържание на С, по-високо от 0,6%. Максималното високо въглеродно съдържание гарантира твърдостта.
От посочените стомани, С10 е с 0,1% въглеродно съдържание, С45 е с 0,45% въглеродно съдържание, 20Cr4 е с 0,2% въглеродно съдържание и 90CrSi4 е с 0,9% въглеродно съдържание. Следователно стоманата, от която ще се изработят инструментите за студено пластично деформиране е 90CrSi4, защото процентното й съдържание въглерод е над 0,6%.
7. Въглеродни стомани С20, С40 и С60 са подложени на термично обработване отгряване. Да се избере и обоснове метод за измерване на твърдостта им и обясни нейното изменение при увеличаване на въглеродното им съдържание.
Отговор: Най-подходящия метод е този на Бринел
Чрез термина отгряване се дефинира термичн обработване на метали и сплави, кето има за цел да се получи структура, близка до равновесната. При това се намаляват остатъчните напрежения и се повишава пластич4ността. Съществъват различни видове отгряване. Общото между тях е ниската скорост на охлаждане – 30-200ºС/час.
Твърдостта при увеличаване на въглеродното съдържание, също се увеличава. Колкото по-голям е процента на въглерод в дадена стомана – толкова е по-трърда стоманата.
В случая тези стомани са подевтектоидни с ниско съдържание на въглерод и няй-подходящия метод за измерване на твърдостта им е методът на Бринел.
При този метод се използва работни тяло-сфера от закалена стомана с диаметър D, която прониква в използваното тяло под действие на силата Р. Диаметърът се подбира от дебелината на пробата и е 2.5,5 или 10 мм. Методът не е приложим за твърди материали, които имат твърдост, по-голяма от 450 НВ. Твърдостта на стомана С20 след отгряване е приблизително 200НВ при температура около 600ºС, на стомана С40 е 240НВ при температура 680ºС, а на стомана С60 при температура 600ºС е около 200НВ.
40. На фиг. 23, а, б е показана микроструктурата на два материала за режещи инструменти. Единият запазва режещите си качества до 200 градуса, а другия до 850 градуса. Да се определи фазовия им състав и обясни причината за различното им поведение при нагряване.
На фиг. 23а е показана стомана 80, а на фигура 23б – сплав М30.
Сплав М30 е металокерамичнен материал, който запазва качествата си приблизително до 800 ºС. С нея се обработва обикновени стомани и чугуни, аустенитни и високолегирани стомани, труднообработваеми стомани чрез струговане и фрезоване. Структурата на железните металокерамични материали може да бъде: ферит; ферит легиран с мед; перлит; легиран ферит; аустенит; мартензит.
Стомана 80 е евтектоидна стомана, чието въглеродно съдържание е редновъглеродно, а по твърдост е полутвърда. Структурата на тази стомана е перлит. Стомана С80 е инструментална стоманаБързорежещите стомани са от ледебуритен клас. Това означава, че след леене структурата им съдържа перлит, ледебурит и вторични карбиди. Карбидната евтектика (ледебурит) е разположена по границите на бившите аустенитни зърна и има скелетообразен вид. След леене стоманите задължително се коват за раздробяване на ледебурита и равномерното разпределение на карбидната фаза в структурата. Термичната обработка на бързоре-жещите стомани включва смекчаващо отгряване на изковката преди изработването на инструмента и окончателна термична обработка - закаляване и отвръщане на готовия инструмент.
Различното им поведение се дължи на това, че металокерамичните сплави се получават чрез пресоване и изпичане на прахообразна смес на карбидите на трудно-топимите елементи (Волфрам,Титан,Тантал) свързани с кобалт на прах. Сплав М30 има от 5 до 10 пъти по-голяма скорост на рязане от тази на стомана С80, защото тя не е толкова твърда и трудно-топима.
98. Някои детайли на щампи за горещо обемно деформиране по време на работа се нагряват до 500 градуса. Да се избере подходяща стомана, покаже и обоснове химичния състав, термичното обработване, структурата и свойствата на готовата щампа.
Щамповите стомани за гореша деформация работят при тежки условия понеже са подложени на силно натоварване и циклично нагряване и охлаждане на повърхността. Те трябва да имат достатъчно висока : якост, износоустойчивост, прокаляемост, топлоустойчивост и съпротивление срещу термична умора. За да се отговори на тези изисквания се използват легирани стомани с въглеродно съдържание 0,3-0,6%. Прилага се термично обработване – закаляване и отвръщане при 500-600 ºС и получаване на твърда структура.
Най-често се използва стомана 5ХНМ за изработване на щампи. След закаляване и отвръщане при 550ºС стоманата има якост Rm = 1200-1300 МРа, удължение 10-13 %, като запазва якост Rm = 900 МРа при 500ºС.
Съществува и други подходящи стомани за щампи, но те не отговарят на така добре на условията на задачата.
115. Художествените отливки се изработват най-често от медно-калаени сплави (бронз). Да се посочи химичния състав и структурата на този вид бронз.
.
Художествените отливки най-често се правят от калаени бронзи. Определящо свойство на тези бронзи е тяхната висока тьнколивкост и ниска свиваемост.
Според предназначението си калаеният бронз се разделя на няколко групи: леярски бронз за машинни детайли - CuSn3Zn7SiNi1, CuSn5Zn5Si5, леярски бронз с високи антифрикционни свойства - CuSn10Pb12, леярски бронз за художествено леене - CuSn9 (камбанен бронз), CuSn5Zn5Pb5 и деформируем бронз - CuSn4Zn3.
Термичната обработка на калаения бронз се състои в хомогенизация за отстраняване на ликвацията и междинни отгрявания за улесняване на пластичната деформация.
Сподели с приятели: |