Контрольная работа - Диаграммы состояния
Подождите немного. Документ загружается.
Вариант 6
1. Изложите процессы превращения в немодифицированном силумине
марки АЛ2, содержащем 12,5% кремния при охлаждении от жидкого
состояния до комнатной температуры. Приведите кривую охлаждения и
схемы структуры при 580, 500 и 350 °С.
Рисунок 1. – Диаграмма состояния алюминий-кремний [1].
При охлаждении сплава в точке 3 начинается кристаллизация кремния. При
этом концентрация кремния в жидкости изменяется по линии ликвидус. В точке 2
содержание кремния в расплаве достигает эвтектической концентрации 12,2%
(или 11.6% [2]) и при постоянной температуре кристаллизуется в эвтектику
(α+β(Si)). При затвердевании эвтектики кремний выделяется в виде грубых
кристаллов игольчатой формы.
Рисунок 2. - Кривая охлаждения сплава АЛ2
Структура сплавов при указанных выше температурах показана на рис. 3.
Необходимо отметить, что структура сплава при температуре 500 и 350 ºС будет
мало отличаться. Так как изменение концентрации алюминия весьма мало.
б)
а – при температуре 580 ºС; б – при температуре 500 и 350 ºС
Рисунок 3. - Структура сплава АЛ2
2. С помощью диаграммы состояния железо-цементит определите
температуры нормализации, отжига и закалки для стали У12.
Охарактеризуйте эти режимы обработки и кратко опишите микроструктуру
и свойства стали после каждого вида обработки.
Сталь У12 ~1,2% углерода (инструментальная, заэвтектоидная).
Заэвтектоидные стали только неполному отжигу. Оптимальная температура
нагрева Ас
1
+(30±50 °С) для стали У12 составляет 770 °С.
Рисунок . – Схема изменения фазового состава при нагреве
Для заэвтектоидных сталей применяют только неполный отжиг. В этих
сталях нагрев несколько выше точки Ас
1
вызывает практически полную
перекристаллизацию и позволяет получить зернистую структуру перлита вместо
пластинчатой. Такой отжиг называют сфероидизацией. Частицы цементита, не
растворившегося при нагреве, и микрообъемы с повышенной концентрацией
углерода в аустените, из-за недостаточно полной его гомогенизации, служат
центрами кристаллизации для цементита, выделяющегося при последующем
охлаждении ниже точки А
1
и принимающего в этом случае зернистую форму. В
результате нагрева значительно выше точки Ас
1
и растворения большей части
цементита и более полной гомогенизации аустенита последующее выделение его
ниже точки Ас
1
происходит в пластинчатой форме. Если избыточный цементит
находился в виде сетки, что является дефектом, то перед этим отжигом
предварительно нужно провести нормализацию с нагревом выше A
cm
Для
растворения сетки из вторичного цементита с последующим охлаждением на
воздухе или в воздушной струе для предупреждения выделения этого цементита
по границам аустенита.
Нормализацию проводят при температуре A
cm
+50°С=900+50=950°С.
Нормализация заключается в нагреве заэвтектоидной стали выше А
ст
,
непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовых
превращений и охлаждении на воздухе. Нормализация вызывает полную фазовую
перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую .структуру, полученную
при литье или прокатке, ковке или штамповке.
Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более
низких температурах, что повышает дисперсность ферритно-цементитной
структуры и увеличивает количество перлита или, точнее, квазиэвтектоида типа
сорбита или троостита Это повышает на 10-15% прочность и твердость
нормализованной средне- и высокоуглеродистой стали по сравнению с
отожженной.
Назначение нормализации различно в зависимости от состава сталиДля
отливок из среднеуглеродистой стали нормализацию или нормализацию с
высоким отпуском применяют вместо закалки и высокого отпуска. Механические
свойства будут в этом случае несколько ниже, но изделия подвергнутся меньшей
деформации по сравнению с получаемой при закалке, и вероятность появления
трещин практически исключается.
Закалка — термическая обработка, заключается в нагревании стали до
температуры выше критической Ас
1
— для заэвтектоидных сталей (т.е. в нашем
случае температура закалки будет составлять 780 ºС), выдержке и последующем
охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является
окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и
напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства,
сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.
Инструментальную сталь в основном подвергают закалке и отпуску для
повышения твердости. После закалки заэвтектоидная сталь приобретает
структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита тверже
кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали
имеют более высокую твердость, чем при полной закалке. Так как сталь
предварительно подвергалась сфероидизирующему отжигу, избыточные карбиды
округлой формы не вызывают снижения вязкости.
Использованная литература
1. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник в 3 т.:
Т. 1 / Под. Общ. Ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996. – 992Wс.
2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для
машиностроительных вузов. – М.: Машиностроение. 1980. – 493 с.