Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение (методы анализа, лабораторные работы и задачи)
Подождите немного. Документ загружается.
вязкость
и
пластичность. Указать,
для
каких сплавов системы Fe—Сг
применима
такая обработка,
в чем она
заключается
и
какое влияние
она
оказывает
на
структуру
такой стали.
Для решения задачи рассмотреть процессы превращений
в
спла-
вах
с 10, 20 и 30% Сг
(рис.
117) и
указать
их
фазовый состав
и
коли-
чественное соотношение
фаз: для
сплава
I при 20 и 1000° С, а для
сплавов
с 20 и 30% Сг при 20° С.
Л*
90.
Сплавы хрома
с
железом приобретают стойкость против
коррозии,
если содержание хрома составляет
12%; при еще
большем
гооо
woo
J600
I
§
7200
^7000
800
600
\l
V-
r
ж
*7
(
1
15U0
ж
GL+
£
>
£
ft
%
S
7500
О
10 20 30-
Содержание
W,
%
го
ьо во во
Содержание
W,
%
/00
Рис.
118.
Диаграмма
со-
стояния
сплавов Fe—W
повышении
содержания хрома:
до 25% и
выше стойкость против
коррозии
дополнительно возрастает
(см. рис. 117).
Однако
в
этом
случае
снижается пластичность сплавов,
что
затрудняет использова-
ние
их для
ряда назначений.
Объяснить причины указанного влияния хрома
на
механические
свойства.
Для
этой цели рассмотреть процессы превращений
и
струк-
туру
сплавов
с 12, 25 и 35% Сг.
Определить фазовый состав сплава
I
при
1000 и 20° С,
сплавов
II и III при 20° С.
Л*
91.
Сплавы системы Fe—W
(см. рис. 118)
определенной
кон-
центрации
получают очень высокую твердость
{HRC
63—65)
и
высо-
кую коэрцитивную силу
в
результате
дисперсионного твердения
при
отпуске
600—650° С.
Указать:
а)
примерное содержание вольфрама
в
таких сплавах;
б) термическую обработку, которая должна предшествовать
от-
пуску,
и
какую
структуру
она
создает
в
сплаве;
в)
причины
воз-
растания
твердости
и
коэрцитивной силы
при
отпуске.
Для решения задачи рассмотреть процессы превращений
в
спла-
вах
с 1; 10 и 45% W и
указать
их
фазовый состав
и
количественное
соотношение
фаз при 400° С.
№
92. В
некоторых сплавах системы Fe—W протекают превра-
щения
в
твердом состоянии. Развитие превращений зависит
от тер-
211
мической
обработки
и
может сильно изменять механические свойства
сплавов.
Рассмотреть превращения
в
сплавах
с 2, 15 и 75% W (см. рис. 118).
Определить фазовый состав
и
количественное соотношение
фаз
сплавов:
I при 1200° С, II при 400° С и
сплава
III при 1400° С. Ука-
зать,
в
каких сплавах
из
числа заданных можно изменить
структуру
и
свойства
путем
термической обработки
и
какой именно,
и
объяс-
нить,
в
какой степени (качественно)
она
может изменить свойства.
Л?
93.
Сплавы системы
Fe—Mo,
но
лишь определенного состава,
способны
к
дисперсионному твердению
при
отпуске, выполняемом
2000
1SOO
1600
Sh
1200
800
600
иоо
/t(+
ОС
""•
Y'A
h/
7
/
ж
ж*
is.
/
к
<X*£
v_
w
/
/
\
-
7 «
£
/n+8-
1180°
I
1
\
г
1
14S0
1Ш
ж
еж
/
Ж*£
СС*
£
Л
36 38
Содерта/tue
По,
%
0
10 20 30 iO 50 60 70 80
SO 100
Содержание
/fa,
%
Рис.
119.
Диаграмма состоя-
ния
сплавов
Fe—Мо
после закалки (переводящей сплав
в
состояние пересыщенного твер-
дого
раствора).
Рассмотреть превращения
в
сплавах
с 2; 10 и 70% Мо (рис. 119)
и
определить фазовый состав
и
количественное соотношение
фаз
сплавов:
I при 1050° С, II при 400° С и III при 1200° С.
Указать, какой
из
этих сплавов можно подвергать дисперсионному
твердению,
его
структуру
после закалки
и
после отпуска
и
влияние
этого процесса
на
твердость, прочность
и
пластичность.
№
94.
Пластичность ряда сплавов системы Fe—Мо можно
улуч-
шить термической обработкой.
Рассмотреть превращения
в
сплавах
с 3, 15 и 80% Мо и
определить
фазовый
состав
и
количественное соотношение
фаз
сплавов:
I при
1100° С, II при 600° С и III при 1000° С (см. рис. 119).
Указать, какой
из
этих сплавов можно подвергать термической
обработке
для
повышения пластичности,
в чем
заключается
эта
обработка
и
какие изменения
она
вызывает
в
структуре
сплава.
Л*
95. В
промышленности используют железомарганцевые
сплавы, приобретающие:
а) г. ц. к.
решетку
и
являющиеся нема-
гнитными;
б)
мартенситную
структуру
и
высокую твердость
даже
при
медленном охлаждении.
212
Определить, какой концентрации марганца
(5; 12 или 70%)
отвечают
сплавы указанных
двух
групп.
Для решения задачи рассмотреть
по
диаграмме состояния спла-
вов системы Fe—Мп
(рис. 120)
процессы превращения
в
указанных
сплавах, определить
их
фазовый состав
и
количественное соотноше-
ние
фаз при 20° С.
№
96.
Насыщение азотом поверхностного слоя стали (особенно
легированной хромом
и
алюминием
или
хромом
и
титаном) повышает
твердость, износостойкость, предел выносливости
и
стойкость против
коррозии.
На
основании диаграммы
Fe—N
(рис. 121)
объяснить причины,
по
которым азотирование повышает твердость
и
износостойкость,
7600
7400
7200
•
'^/000
|
600
|
600
£i
tOO
200
0
V
j/ii
l)
yferp (fi/1/iufi)
^.«y/te^/
VA~~t"
1"""
/
900
800
\бОО
500
400
\
7
v>
\
\
\
s/
1
/v
(I
/1/
\
V
^7
W ,?tf JO 40 50 60 70 60
90100
u
72345 6789
Содертание
fin, %
Содержание
/If,
%
Рис.
111.
Диаграмма
состояния
сплавов
Рис. 120. Диаграмма
состояния
сплавов
Fe—Мп
Fe^N
и
указать, какую концентрацию азота целесообразно получать
в
тонком поверхностном слое.
Для решения задачи разобрать превращения
в
сплавах, содержа-
щих
0,5; 3 и 6% N, и
определить фазовый состав
и
количественное
соотношение
фаз в
этих сплавах
при 20° С.
Учесть,
что
S-фаза
в
этих сплавах является излишне хрупкой
и
ее присутствие
в
азотированном слое нецелесообразно. Влияние
легирующих
элементов
на
процесс азотирования можно
не учи-
тывать.
№
97.
Введение меди
в
некоторые нержавеющие
и
высокопроч-
ные
мартенситно стареющие стали повышает
их
стойкость против
коррозии
и
прочность. Однако влияние меди различно
в
зависи-
мости
от
выбираемой концентрации.
Определить,
при
каком содержании меди достигается:
а)
повыше-
ние
прочности
и
твердости
в
результате
дисперсионного твердения
и
какая
термическая обработка сплава нужна
для
этой цели;
б)
изме-
нение
величины зерна, пластичности
и
вязкости
в
результате
^
-^
-упревращения
и
режим термической обработки, требуемой
в
этом
случае.
213
Для решения задачи рассмотреть
по
диаграмме состояния Fe—Си
(рис.
122)
процессы превращений
в
сплавах
с 2; 7 и 20% Си,
указать
их фазовый состав
и
количественное соотношение
фаз при 850° С,
7600
'у
f*Cu(m.p.)
<х+Си(т.р.)
20
40 60 вО
Содержание
Са,%
700
1
2 3 it S 6 7 в
Содержание
Си,
%
|
\rooo
4
воо
Рис.
122.
Диаграмма состояния сплавов Fe—Си
При
решении задачи условно
не
учитывать влияния
других
ком-
понентов
нержавеющих
и
мартенситно стареющих сталей.
№
98.
Введение бериллия
в
некоторые нержавеющие
и
мартен-
ситно
стареющие стали повышает
их
прочность.
Определить,
при
каком
^*kJ
I I I I 1 1 М I I I I I I 1
с
°Д
е
Р
жании
бериллия:
0,1;
3
и 7,5%
создается
наи-
больший эффект упрочне-
ния
и
какая термическая
обработка должна быть
применена
для
получения
наибольшего упрочняюще-
го эффекта.
Для решения задачи
gggv
I I I I
ттгттт
ггггпп определить на основании
0
2 4 б 6 70 /2 74 76 диаграммы состояния Fe—
Содержание
ве,%
Be (рис. 123)
процессы
Рис.
123.
Диаграмма состояния сплавов
Fe
—Be
Превращений В СПЛаВЭХ
приведенных концентра-
ций
и
указать количественное соотношение структурных составляю-
щих сплава
с 0,1 и 3% Be при 1000° С, а
сплава
с 7,5% Be при
600° С.
При
решении задачи условно
не
учитывать влияния
других
ком-
понентов,
содержащихся
в
нержавеющих
и в
мартенситно стареющих
сталях.
Л£
99.
Введение титана
в
многие жаропрочные
и
мартенситно
стареющие стали повышает
их
прочность.
Указать:
а) при
каком содержании титана
(0,1; 4 и 10%)
обеспе-
чивается наибольшее упрочнение;
б)
какая термическая обработка
214
[
ч
ч
j.
ч
1
1
J
Г*'*
<х
/
/
if-
•>>
7^
1
/
ж
ч
7,6
%
la*feffe
i
i
•
^Е
^
^M*Feee
2
1600
вызовет дисперсионное твердение
и
возрастание прочностных
свойств;
в) тип
фазы-упрочнителя.
Для решения задачи рассмотреть
по
диаграмме состояния Fe—Ti
(рис.
124)
процессы превращения
в
сплавах Fe—Ti указанного выше
состава
и
определить
их
структуру
и
количественное соотношение
фаз
при 1100°
С,
а для
сплава
с 10% Ti,
кроме того,
при
1300°
С.
При
решении задачи можно
не
учиты-
вать влияния остальных легирующих
эле-
ментов
в
перечисленных сталях.
1600
1539°
НОО
^1200
"^
1000
I
800
600
0
10 20 30
Содержание
Ti,
%
Рис.
124.
Диаграмма
со-
стояния
сплавов Fe —Ti
600
1,00
200
О
0,025
1
г.
1
1
—•—.
m
985°
as/ff-
1
s
у
768°
fte'ifeS
ftae/tumtt.
превращ.
298°
afe*
jfeS
138° afe*j3feS'
]
,
t
a.Fe*a.FeS
v
teS
'k
10
15 20 25 JO 35 40
Содержание
S, %
Рис.
126
Диаграмма состояния сплавов
Fe—
FeS
№
100.
Сталь, выплавленная
без
добавок марганца, становится
непригодной
для
деформации (прокатки, ковки
при
1100—900°
С)
из-за возникновения трещин. Этот
вид
брака называется красно-
ломкостью. Разобрать диаграммы:
а) Fe—FeS
(рис. 125),
рассмотреть процессы превращений
в
спла-
вах
с
0,03;
2 и
10%
S,
определить природу
и
количественное соотно-
шение
фаз
в
сплавах
I и II при
1050°
С и в
сплаве
III при
1100°
С
и
объяснить причину, вызывающую красноломкость;
б) Fe—MnS
(рис.
126),
объяснить, почему введение марганца
устраняет красноломкость
и
марганец
в
количестве
не
менее
0,4—
0,5% является полезной
и
обязательной примесью стали.
№
101.
В
промышленности используют латуни:
а)
повышенной
пластичности;
б)
высокой прочности.
Указать, какие латуни: однофазные
или
двухфазные
и по
каким
причинам
отвечают этим основным требованиям
по
механическим
свойствам
и
какие
из них
имеют более высокие литейные свойства.
Для решения задачи рассмотреть превращения
в
сплавах
с
20,
30
и
41%
Zn
(рис. 127),
определить
их
фазовый состав
и
количествен-
ное соотношение
фаз при 20° С и
указать особенности строения
и
свойств этих
фаз.
№
102.
Из
числа сплавов Си—Zn наибольшую пластичность имеет
латунь, содержащая
32—34%
Zn,
широко используемая
для
холод-
219
ной
вытяжки.
При
дальнейшем увеличении содержания цинка
сни-
жается пластичность,
но
возрастает прочность. Сплавы, имеющие
больше
42% Zn, в
промышленности
не
используются из-за низкой
пластичности.
Объяснить причины подобного влияния цинка.
Для решения задачи рассмотреть процессы превращений
в
спла-
вах
с 33; 42 и 45% Zn (рис. 127) и
определить фазовый состав
и ко-
личественное соотношение
фаз в
этих сплавах.
№
103.
Многие подшипники
скольжения
изготовляют
из оло-
вянных
бронз
как
сплавов, имею-
щих низкий коэффициент трения.
Определить, какие оловянные
бронзы
—
однофазные
или двух-
фазные—
имеют, кроме того, более
высокую износостойкость
и
обеспе-
чивают
лучшее
качество подшип-
ников.
•1700
%
/500
%/J00
I
//00
7/00
7000
800
I
I
600
FeSy
Л*
Ж
Ч/дГ
7
OL*J3
'
f
/
1620°^
'fl
rp
(/1nSuFeS)
го
ио 60 во
Содержание
finS,
%
100
iOO
200
WO
a
V
\
\
w
T
<x\.
!
i
4,
/
У
—
20
60
Содержание
Zn,%
55
Рис.
126.
Диаграмма состояния сплавов
FeS—MnS
Рис.
127.
Диаграмма состояния сплавов
Си
—Zn
Для решения задачи рассмотреть процессы превращений
в
спла-
вах
с 6 и с 10% Sn (рис. 128) и
определить фазовый состав
и
количе-
ственное соотношение
фаз в
этих сплавах
при 20° С.
Принять
при
этом,
что
подшипники отливают
в
металлическую форму.
№
104.
Детали
из
оловянных бронз
в
зависимости
от
пластич-
ности,
определяемой содержанием
в них
олова, изготовляют
из:
1) проката
(труб,
прутков, лент);
2)
отливок.
Указать, какие бронзы: однофазные
или
двухфазные более
при-
годны
для
указанных разных назначений
и
причины,
по
которым
они
имеют разную пластичность.
Для решения задачи рассмотреть процессы превращений
в
спла-
вах
с 3; 5 и 10% Sn (см. рис. 128) и
определить фазовый состав
и
коли-
чественное соотношение
фаз при 20° С (для
условий,
что
отливки
охлаждаются
в
металлической форме).
№
105. В
литых свинцовистых бронзах, используемых
для под-
шипников
скольжения, должно быть создано равномерное распре-
деление частиц свинца
в
медной основе.
216
Определить: а) какой сплав — с 1, 35 или 70% РЬ —более при-
годен для этого назначения; б) какое охлаждение — медленное или
быстрое — должно быть рекомендовано для выбранного сплава.
Для решения задачи рассмотреть по диаграмме состояния
Си—РЬ
(рис.
129) процессы превращений в указанных сплавах и указать
фазовый
состав и количественное соотношение фаз при
400°
С для
сплавов с 1 и 35% РЬ и при
1200°
С для сплава с 70% РЬ.
№
106. Некоторые сплавы меди с бериллием (бериллиевые
бронзы) используют для пружин электромашин и приборов, так как
1
v
л
1=
1
/]
' 1
1
Ж
Cu
31
Sn
g
Cu
3
Sn
Щ
CUjjSng
oc
+
CajSn
C
u
3
Sn-
i i
1000
^ 800
х
f
600
!
| ьоо
200
0
JO 20 JO 40
Содержание
Sn, %
Рис. 128. Диаграмма
состояния
сплавов
Си
—Sn
(пунктирная
линия
указывает со-
стояние
после литья в металлическую
форму)
Ж
-*w4
1
1
Дда \Ш
жидких
\—
слоя
1
т-—•—*-
Си*т
згв°
Си+РЬ
Л
\
1
то
то
%7ООО
| 800
| 600
%
к
ьоо
200
о
го ьо 60 во
/оо
Содержание
РЬ, %
Рис. 129. Диаграмма
состояния
сплавов
Си—РЬ
в
результате
термической обработки эти сплавы (в отличие от
других
медных сплавов) получают высокие предел прочности (до 100—
120 кгс/мм
2
) и предел упругости
(60—70
кгс/мм
2
) и повышенную
электропроводность (— 0,06
OM>MM
2
/M).
Объяснить, какие сплавы этой системы принимают упрочняющую
термическую обработку и в чем она может заключаться. Для этой
цели рассмотреть превращения в сплавах с 2 и 10% Be (рис. 130),
указать структурное состояние этих сплавов и количественное отно-
шение
фаз при 20 и
500°
С.
№
107. Для проволоки и ленты, служащей элементами сопро-
тивления
во многих нагревательных приборах и печах, используют
сплавы системы никель—хром (нихром).
Указать, какие сплавы: с 5, 20 или 50% Сг (рис. 131) имеют более
высокое электросопротивление и должны быть рекомендованы для
этого назначения. Учесть, что такие сплавы должны иметь, кроме
того, повышенную пластичность при 20° С для возможности холод-
ной
прокатки или волочения.
Для решения задачи: 1) привести фазовый состав и количествен-
ное
соотношение фаз в указанных сплавах при 20 и 1100° С; 2) пока-
зать качественно, используя правило Н. С. Курнакова, как изме-
217
няется
электросопротивление сплавов этой системы в зависимости от
содержания никеля.
№
108. В титановые сплавы для улучшения прочностных свойств
и
жаропрочности при сохранении удовлетворительной пластичности
вводят алюминий в количестве —5%.
При
введении алюминия повышение прочности меньше, чем при
введении такого же количества хрома (о
в
=
70^-90
и 100— ПОкгс/мм
2
соответственно), но пластич-
ность сплава сохраняется более
высокой.
Определить причины
различного влияния хрома и
алюминия
на механические
свойства титана при их содер-
жании
5%.
Для решения задачи рас-
смотреть на основании диаграмм
Ti—А1
(рис. 132) и Ti—Сг
(рис.
133) превращения в спла-
1300
1300
1200
700
300
ex
/
ж
\
\
^ —
•5 10 15 20 25 30
Codepmaitue
Be, %
О в 20 40 SO 80 100
Содержание
Alt',
%
Рис. 130. Диаграмма состояния сплавов Рис. 131. Диаграмма состояния спла-
Cu
— Be
BOB
Cr—Ni
вах с 5% А1 и в сплаве с 5% Сг и указать фазовый состав и коли-
чественное соотношение фаз в этих сплавах при
400°
С.
Влияние термической обработки при решении задачи можно
условно не учитывать.
№
109. Создание в сплавах титана при
20—400°
С двухфазной
структуры, достигаемой, в частности, легированием хромом, позво-
ляет значительно повысить прочностные свойства (а
а
<^
100-*-
•*• 110 кгс/мм
2
). Однако этот улучшающий эффект не достигается при
излишне
большом количестве второй фазы.
Определить и объяснить, какое содержание хрома: 4, 10 или 15%
является оптимальным.
Для решения задачи рассмотреть на основании диаграммы Ti—Сг
(см.
рис. 133) превращения в указанных сплавах и определить фазо-
вый
состав и количественное соотношение фаз при
400°
G.
При
решении задачи условно не учитывать влияние термической
обработки.
218
1800
WOO
1400
\1200
%1000
800
600
600
у*
885°
А
\
а.
7
1
а
щ
1460°
ч/
/А
V
/
1
№
—
—
Л—
/
1340°
=^
1
1
\_44,5
ч.
10
20 30 40 50 60
Содержание
атпинин,
%
Рис.
132.
Диаграмма состояния сплавов Ti^s-A
/800
/720
/600
1400
%J200
4/000
iS 885
800
600
к
1
ct
А
/
У
IX* 1
•—
Л*
ЧСг
г
/к
\
/«•
^--
ПСг
г
1350°
\\ПСг
г
\\%
1
1
1
1
0
60
70
Содержание
/ропа, %
Рис,
133,
Диаграмма состояния сплавов Ti—Cr
219
№
110. В
многие титановые сплавы вводят марганец
для
улучше-
ния
механических свойств, особенно горячей пластичности (ковко-
сти).
Указать,
при
каком содержании марганца:
2, 22 и 40%
может
быть достигнут этот эффект.
Для решения задачи рассмотреть
на
основании диаграммы
Ti—
Мп
(рис. 134)
процессы превращений
в
сплавах указанного состава
1720
1600
шо
§1000
800
600
UOO
О
10 ZO
3033 иОЬ2,5
50 60
Содержание
/1/7,%
Рис.
134.
Диаграмма
состояния
сплавов Ti—Mr,
ч
\
\
1й5%
Ч
Г*
\
ч
/
/
N
/
«•*¥
ж
1175°
Р-7
1
—ШО
1
1
1
Т**
1
i
1
1
1
1
1
и
определить
их
фазовый состав
при 600°
G
и
количественное соотно-
шение
фаз при 400° G.
№
111.
Дуралюмины
—
сплавы алюминия
с 2—5% Си (и до-
бавками небольших количеств магния, кремния, марганца) имеют
прочность
20—22
кгс/мм
2
в
равновесном состоянии (после медлен-
ного охлаждения)
и
значительно более высокую
(40—50
кгс/мм
2
)
после упрочняющей термической обработки.
Рассмотреть превращения
в
сплавах А1—Си
с 0,2; 4 и 40% Си
(рис.
135) и
указать
их
структурный состав
и
количественное соотно-
шение
фаз
сплавов
I и III при 20° G, а
сплава
II при 400 и 20° G.
Объяснить, почему сплавы
I и III в
отличие
от
сплава
II
неприме-
нимы
для
термической обработки
и в чем
заключается
эта
обработка
для сплава
II
(влияние малых добавок
Si, Mg и
Мп, вводимых
в
дура-
люмины,
условно
не
учитывать).
№
112.
Алюминиевокремнистые сплавы определенного состава,
называемые силуминами^ имеют хорошие литейные свойства
и
из-за
малой плотности
и
удовлетворительных механических свойств
они
широко
используются
в
промышленности
для
разнообразных литых
деталей.
220