Курсовая работа - Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

Содержание

1. Сталь 45.

2. Дан сплав железа с углеродом (количество углерода 3,4%). Найти

количество фаз и степеней свободы при температуре 1150◦С.

Нарисовать кривую охлаждения данного данного сплава от

вышеприведенной температуры, указав все протекающие фазовые

превращения.

3. Процесс силицирования.

4. Оловянные бронзы

5.Полимеры

6. Найти количество компонентов и фаз в сплаве состава 8% цинка

+92% олова при температуре 200◦С

7. Список использованной литературы

1. Сталь 45 – проверенна временем марка.

Одной из самых стойких конструкционных углеродистых качественных сталей,

считается сталь 45, так как она обеспечивает нормализование, улучшение и

подвергаемость поверхностной термической обработке изделия из стали 45. В

производстве шестерен, бандажей, вал, шестеренок, коленчатых валов,

распределительных валов, шпинделей, фрикционных дисков, зубчатых реек, прокатных

валков, и многих других не ответственных деталей сталь 45 считается лучшим

исходным материалом. Широко применяется сталь 45 в производстве режущих

инструментов.

Известно, что при маркировке сталей в названии используются цифры 10. 20, 30,

что обозначают процент углерода, в составе стали, например сталь 45, что означает, что

в стали 45 содержится 0.45% углерода.Повышенная прочность стали 45 достигается с

помощью различных приемов термической обработки. Например, к стали 45

применяют двойную термообработку с высоко температурным отпуском, в результате

чего обеспечивается ее стойкость к водородному растеканию.

Если сталь 45 обрабатывают термическим методом один цикл, она обретает

зернистую структуру, а при многоразовой (в основном два раза) обработке, так

называемой закалке с высоким отпуском сталь 45 имеет равновесную структуру из

зерен, величина которых не превышает 10 мкм.

Еще одним методом повышения прочности стали 45, считается азотирование

поверхностного слоя, то есть легирование стали 45 азотом. Наиболее

распространенным способом легирования стали 45 считается азотирование ионами

газового разряда. Преимущество ионного азотирования стали 45 в металлургии

состоит, в том что, полное протекание процесса азотирования, представляющее собой

крайне трудоемкую технологию, при использовании данного метода достигается

оптимальное соотношение времени и затраченных средств. Кроме того, в металлургии

известны и комбинированные методы, для достижения необходимых технологических

свойств и требуемого качества изделий из стали 45.

Следует отметить, что в металлургии отличают сталь горячекатанную и

кованную (круг, квадрат сталь 45) в зависимости от вида проката.

Применение стали 45 в основном характерно для изготовления таких видов

металлопроката как полоса, квадрат, круг, шестигранник. Сталь 45 не применяется при

изготовлении изделий, для которых крайне важны такие показатели стали, как

прокатываемость и свариваемость, так как сталь 45 ими не обладает. Следует отметить,

что в металлургии отличают сталь горячекатаную и кованную (круг, квадрат сталь 45) в

зависимости от вида проката.

Крайней точкой сохранения прочности стали 45 является температура 200

градусов, при нагревании изделия из стали 45 выше этого показателя оно теряет

прочность. Поэтому чаще она применяется для производства неответственного

режущего инструмента.

Но вопреки всем показателям сталь 45 широко употребляется в машиностроении

и считается одной из наиболее используемых.

Химический состав

Химический элемент %

Кремний (Si) 0.17-0.37

Медь (Cu), не более 0.25

Мышьяк (As), не более 0.08

Марганец (Mn) 0.50-0.80

Никель (Ni), не более 0.25

Фосфор (P), не более 0.035

Хром (Cr), не более 0.25

Сера (S), не более 0.04

Физические свойства

Температура испытания,

°С

20H 100H 200H 300H 400H 500H 600H 700H 800H 900H

Модуль нормальной

упругости, Е, ГПа

200H 201H 193H 190H 172H H H H H H

Модуль упругости при

сдвиге кручением G,

ГПа

78H H H 69H H 59H H H H H

Плотность, pn, кг/см3

7826H 7799H 7769H 7735H 7698H 7662H 7625H 7587H 7595H H

Коэффициент

теплопроводности

Вт/(м ·°С)

H 48H 47H 44H 41H 39H 36H 31H 27H 26H

Температура испытания,

°С

20-

100H

20-

200H

20-

300H

20-

400H

20-

500H

20-

600H

20-

700H

20-

800H

20-

900H

20-

1000H

Коэффициент линейного

расширения

(a, 10-6 1/°С)

11.9H 12.7H 13.4H 14.1H 14.6H 14.9H 15.2H H H H

Удельная теплоемкость

(С, Дж/(кг · °С))

473H 498H 515H 536H 583H 578H 611H 720H 708H

Для стали 45 применяются термическая обработка

В масле: Закалка при 830-850 t◦С

Отпуск при 160-180 – воздух

В воде : Закалка при 830-850 t◦С

Отпуск при 180- 200- воздух

Закалка

Назначение закалки заключается в том, чтобы придать изделию высокую твердость

и прочность. Однако при закалке с получением повышенной твердости сталь

становится более хрупкой. В процессе закалки изделие нагревают до высокой

температуры, а затем быстро охлаждают в специальных охлаждающих средах. В

зависимости от режима закалки у изделия из одной и той же стали можно получить

различные структуры и свойства. Для достижения наилучших результатов изделие

равномерно нагревают до температуры 740—850° С и затем быстро охлаждают до 400

—450° С. Скорость охлаждения должна быть не меньше 150° С в секунду, т. е.

охлаждение должно произойти в течение всего 2— 3 сек. Дальнейшее охлаждение

ниже 300° С может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке

структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не

оказывает влияния. В качестве охлаждающих сред чаще всего употребляется вода и

трансформаторное масло. Скорость охлаждения в воде больше, чем в масле; при

температуре воды 18° С скорость охлаждения достигает 600° С в секунду, а в масле до

150° С. Иногда для повышения закаливающей способности в воду добавляют

поваренную соль (до 10%) или серную кислоту (10—12%), например, при закалке

плашек или метчиков. Более высокий нагрев, чем это необходимо, равно как и

чрезмерная скорость охлаждения в холодной воде, приводит к нежелательным

результатам—короблению, деформации или даже появлению трещин и разрывов

поковок.

2. Дан сплав железа с углеродом (количество углерода 3,4%). Найти

количество фаз и степеней свободы при температуре 1150◦С. Нарисовать кривую

охлаждения данного данного сплава от вышеприведенной температуры, указав

все протекающие фазовые превращения.

1. Две фазы: жидкость и аустенит.(Ф).

концентрация жидкости: Мж=da/dc*100%→Mж=

концентрация аустенита: Мa=ac/dc*100%→ Мa=

2. Компоненты: железо и углерод.(К)

3. Степень свободы: С=К+1-Ф→С=2+1-2→С=1

Описание Кривой охлаждения данного сплава

Аустенит который выделялся из жидкого раствора заканчивается в точке 1,при

охлаждении в интервале температур от 0 до 1 состав аустенита меняется по линии

солидус а концентрация углерода по жидкой фазе по жидкой фазе по линии ликвидус.

В точке 1 при 1147◦С состав жидкости соответствует точки С, т.е жидкость имеет

концентрацию углерода 4,3%. Количество соотношение жидкой и твердой фаз в точке

1 определяется соотношением отрезков Е1 и 1С. При 1147◦С происходит

эвтектическое превращение Жс↔Ае+Ц. При дальнейшем охлаждении в интервале 1-2

из аустенита, как структурно свободного, так и входящего в эвтектику-ледебурит

выделяется װ Цементит. Состав аустенита меняется по линии ЕS, т.е от 2,14 до 0,8 %

С. В точке 2 происходит перлитное превращение аустенита содержащего 0,8%С.

Структура сплавов V при комнатной температуры состоит из перлита и ледебурита .

Вторичный цементит и ледебурит сливаются и практически не различимы.

3. Опишите процесс силицирования. Укажите параметры процесса и область

применения.

Силицирование.

Насыщение поверхности стали кремнием называют силицированием.

Силицирование придает стали высокую коррозионную стойкость в морской воде, в

азотной, серной и соляной кислотах и несколько увеличивает устойчивость против

износа.

Силицированный слой (рис1.)является твердым раствором кремния в α-железе.

Под диффузионным слоем часто наблюдается слой перлита. Это объясняется

оттеснением углерода из диффузионного слоя вследствие пониженной растворимости

его в кремнистом феррите. Силицированный слой отличается повышенной

пористостью, толщина его 0.3 —1,0 мм. Несмотря на низкую твердость (HV 200 —

300), силицированный слой обладает высокой износостойкостью после

предварительнойпропитки маслом при 170 —200°С.

Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании химической,

бумажной и нефтяной промышленности (валики насосов, трубопроводы, арматура,

гайки, болты и т. д.). Силицирование широко применяется для повышения

сопротивления окислению при высоких температурах сплавов молибдена.

рис1

4. Оловянные бронзы

Оловянные бронзы. На рис.2, а приведена диаграмма состояния Си - Sn. Фаза а

представляет твердый раствор олова в меди с г. ц. к.-решеткой. В сплавах этой системы

образуются электронные соединения: р-фаза (Cu5Sn с электронной концентрацией 3/2);

5-фаза (Cu31Sn8 с электронной концентрацией 21/13); е-фаза (Cu3Sn с электронной

концентрацией7/4), а также у-фаза — твердый раствор на базе химического

соединения, природа которого не установлена. Система Си — Sn имеет ряд

перетектичееких превращений и два превращения эвтектоидного типа. При 588°С

кристаллы р-фазы претерпевают эвтектоидный распад с образованием ос- и у-фаз, а

при 520°С кристаллы твердого раствора у распадаются на фазы а и 8.

рис 2

При ~ 35ОСС 5-фаза распадается на ос-твердый раствор и £-фазу. Однако это

превращение протекает только при очень медленном охлаждении. В реальных условиях

охлаждения бронза состоит из фаз а и Cu3 1Sn8. В практике применяют только сплавы

с содержанием до 10—12% Sn.

Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки. Оловянные бронзы имеют

большой интервал температур кристаллизации (см. рис. 3, а) и поэтому склонны к

ликвации (образованию рассеянной пористости); при ускоренном охлаждении у них

резко выраженное дендритное строение. Бронзы, содержащие до 4 — 5% Sn, после

деформации и отжига имеютполиэдрическое строение (рис. 3,6) и представляют собой

в основном оствердый раствор. После литья даже такие низколегированные бронзы в

результате сильной ликвации могут иметь включения эвтектоида (а +

+ Cu3 1Sn8).

При большем содержании олова в структуре бронз в равновесном состоянии с

ос-раствором присутствует эвтектоид а + Cu3 1Sn8 . Изменение механических свойств

литых бронз в зависимости от содержания олова показано на рис. 2,6. Предел

прочности возрастает с увеличением содержания олова. При высокой концентрации

олова вследствие присутствия в структуре значительного количества эвтектоида,

содержащегохрупкое соединение Cu3 1Sn8 , предел прочности резко снижается.

Относительное удлинение несколько возрастает при содержании в бронзе 4 —

6% Sn, но при образовании эвтектоида — сильно уменьшается.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами.

Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет бронзу. Фосфор при

содержании его свыше 0,3% образует фосфид Си3Р. Он улучшает литейные свойства,

повышает твердость, прочность, упругие и антифрикционные свойства. Никель

повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотнрсть отливок и

уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические

свойства бронз и сопротивляемость коррозии.

Легирование свинцом снижает механические свойства бронзы, но повышает

плотность отливок, а главное — облегчает обработку резаниеми улучшает

антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы Деформируемые

бронзы изготовляют в виде прутков, лент и проволоки нагартованном (твердом) и

отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы чаще предназначаются для пружин и

пружинных деталей, применяемых в различных отраслях промышленности. Структура

деформированных оловянных бронз — а-твердый раствор. Литейные бронзы,

содержащие большое количество цинка, фосфора и нередко свинца, имеют двухфазную

структуру: а-твердый раствор и твердые, хрупкие включения 5-фазы, входящие обычно

в структуру эвтектоида.

Приведенные в табл. 34 бронзы обладают невысокой жидкотекучестью,

малой линейной усадкой, высокой коррозионной стойкостью и антифрикционными

свойствами.

Бронзы, особенно двухфазные, обладают высокими антифрикционными

свойствами. Это объясняется тем, что при затвердевании в них образуется резко

выраженная дендритная структура, причем в осях дендритов содержится олова меньше,

чем в межосных пространствах, являющихся вследствие появления участков

эвтектоида a+Cu3iSn8 более твердыми. При работе детали на трение твердые

прослойки служат опорой, а мягкие участки, вырабатываясь, облегчают приработку и

способствуют образованию на поверхности мельчайших Каналов, по которым

может циркулировать смазка. В связи с этим бронзы часто применяют для

изготовления антифрикционных деталей.

Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают гомогенизации при

700 — 75О°С с последующим быстрым охлаждением. Гомогенизация уменьшает

дендритную ликвацию в бронзах и приближает их структуру к состоянию, близкому к

равновесному. Для снятия внутренних напряжений в отливках их отжигают при 550°С

1 час.

Таблица 1. Бронза оловянная, обрабатываемая давлением по (ГОСТ 5017-49)

Марка Sn Cu P Примерное

назначение

Виды

полуфабрикатов

Бр.ОФ7-0.2 6-8 Ост. 0.1-0.25 Пружины,

вкладыши

подшипников

и другие

трущиеся

детали

Прутки, ленты,

полосы,

проволока

Термическая обработка

Основные виды термической обработки бронз — гомогенизация и

промежуточный отжиг. Основная цель этих операций — облегчение обработки

давлением. Гомогенизацию проводят при 700...750 °С с последующим быстрым

охлаждением. Для снятия остаточных напряжений в отливках достаточно 1-ч отжига

при 250 °С. Промежуточный отжиг при холодной обработке давлением проводят при

температурах 550... 700 °С.