Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop

«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»

Решение задач по юриспруденции [праву] от 50 р.

Опыт решения задач по юриспруденции 20 лет!

 

 

 

 


«Ответы на вопросы материаловедению»

/ Материаловедение
Конспект, 

Оглавление

15. Опишите структуру и свойства цементита. Укажите область существования и приведите рисунок микроструктуры

 

ЦЕМЕНТИТ – химическое соединение (карбид железа) в железоуглеродистых сплавах, и соответствующее максимальному содержанию углерода. Химическая формула цементита Fe3C, концентрация углерода – 6,67% (по массе) (по массе).

Цементит хрупок, имеет высокую твердость (HB более 800); tпл=1250°C; относится к неустойчивым соединениям и при определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Цементит способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы C могут замещаться атомами неметаллов – N, O; атомы Fe – металлами Mn, Cr, W и другими. Такой твердый раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом. Различают первичный, вторичный и третичный цементит.

Как следует из диаграммы состояния железо – углерод, как фазовая составляющая цементит есть в железоуглеродистых сплавах уже при очень малых содержаниях углерода (сотые доли процента) и его количество возрастает по мере увеличения содержания углерода. При этом цементит входит в структурную составляющую перлит (смесь феррита и цементита), существующую в стали, наряду с ферритом. По мере увеличения содержания углерода доля перлита в структуре возрастает и, соответственно, возрастает количество цементита. При содержании углерода 0,8% (эвтектоидная сталь) структура целиком состоит из перлита. При дальнейшем увеличении содержания углерода в стали, кроме перлита появляется избыточный цементит. Вплоть до содержания углерода 1,7% железоуглеродистые сплавы называются сталями, при более высоких концентрациях до максимальной 6,67% – чугунами.

В процессе термической обработки в сталях цементит образуется при охлаждении и распаде твердого раствора (аустенита), в чугунах – непосредственно при охлаждении из жидкого состояния. Соответствующая структурная составляющая из цементита и аустенита, называется ледебурит с общим содержанием углерода в 4,3%. При дальнейшем увеличении доли углерода при охлаждении из жидкости при охлаждении выделяются цементит (первичный) и ледебурит. В чугунах, содержащих аустенит, при охлаждении происходит перлитное превращение, также приводящее к выделению цементита.

Образует твердые растворы замещения, в которых углерод замещается неметаллами (кислородом, азотом), а железо – металлами (марганцем, хромом, вольфрамом и т. д. Такие твердые растворы называют легированным цементитом.

Сплавы на основе цементита в чистом виде не используют. Чем больше цементита в железоуглеродистом сплаве, тем выше его твердость, и меньше пластичность.

В легированных сталях могут возникать соединения с химической формулой, аналогичной формуле цементита, но с частью атомов железа, замещенных атомами легирующего элемента. Такие соединения носят название специальных карбидов.

Цементит имеет высокую твердость и хрупкость, поэтому железоуглеродистые сплавы, содержащие много цементита, не поддаются пластической деформации.

Из-за различных механизмов образования цементита его микроструктура может очень сильно отличаться для сплавов с различным содержанием углерода после различных термических обработок и размеры кристаллов могут меняться от сотых долей до нескольких мм.

Цементит Fe3C имеет ромбическую структуру. Периоды решетки: a=0,45244±0,0005 нм, b=0,50885±0,0005 нм, c=0,67431±0,0005 нм; последующие исследования подтвердили эту структуру и дали близкие значения периодов. Нейтронографический анализ также подтвердил ромбическую структуру цементита. Температура перехода цементита из ферромагнитного в парамагнитное состояние равна 215°С.

Кристаллическая структура цементита, определенная рентгеноструктурным анализом, – ромбическая. Ее элементарная ячейка, т.е. минимальная конфигурация атомов, параллельным переносом которой можно заполнить пространство, представляет собой прямоугольный параллелепипед с различными размерами по всем трем осям и определенным расположением атомов железа и углерода в ячейке.

 

МИКРОГРАФИЧЕСКИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

(полученные с помощью оптического микроскопа) перлита (а), мартенсита (б) и распределения частиц цементита в феррите (в).

 


54. Структура стали, содержащей 0,45% углерода, после закалки состоит из:

1) мартенсита и 2) феррита и мартенсита

Закалка – это термическая обработка, которая заключается в нагреве стали до температур, превышающих температуру фазовых превращений, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую минимальную скорость охлаждения. Основной целью закалки является получение высокой твердости, упрочнение. В основе закалки лежит аустенитно-мартенситное превращение. 

Оптимальный интервал закалочных температур углеродистой стали представлен на рис.1

 

 

В зависимости от температуры нагрева различают: 

  полную закалку, при которой нагрев осуществляется в однофазную аустенитную область (на 30–50° выше линии GSE). При быстром охлаждении происходит полное превращение аустенита в мартенсит; 

  неполную закалку, при которой нагрев осуществляется в двухфазную область (на 30–50° выше линии PSK, но ниже линии GSE) и при охлаждении формируется в доэвтектоидных сталях феррито-мартенситная, а в заэвтектоидных сталях – мартенсито-цементитная структура. 

На практике полную закалку применяют для доэвтектоидных сталей, неполную для заэвтектоидных сталей. 

Стали с малым содержанием углерода закалить на мартенсит очень трудно, так как начало и конец процесса образования мартенсита происходит в области высоких температур, соответствующих образованию других, более устойчивых структур (троостит, сорбит). Прокаливаемость обыкновенной углеродистой стали распространяется на 5...7 мм.

Микроструктура закаленной стали зависит от ее химического состава и условий закалки (температуры нагрева и режима охлаждения). Закалка стали с содержанием углерода до 0,025...0,03% задерживает выделение третичного цементита по границам зерен и не меняет структуру феррита. Такая закалка повышает пластичность и почти не изменяет прочностных характеристик.

Микроструктура стали с 0,08...0,15% С (с нагревом выше верхних критических точек и охлаждением в воде) представляет собой низкоуглеродистый мартенсит с выделениями феррита. Дальнейшее увеличение содержания углерода (0,15...0,25%) при тех же условиях закалки приводит к повышению твердости с 110...130 НВ до 140...180 НВ, а предел текучести возрастает на 30...50%. Наиболее значительное изменение свойств происходит при содержании углерода более 0,30...0,35%.

Микроструктура доэвтектоидных сталей представляет собой мартенсит, кристаллы которого имеют характерную форму пластин (игл). При содержании углерода более 0,5...0,6% в микроструктуре сталей наблюдается незначительное (2...3%) количество аустенита.

Таким образом, закалкой называют термообработку, включающую в себя нагрев сталей до температур выше критических и быстрое, резкое охлаждение, с целью получения высокой прочности и твердости. Различают закалки объемную и поверхностную. При объемной закалке нагревают и охлаждают весь объем детали, при поверхностной – только поверхность.

В зависимости от температуры нагрева закалка бывает полной и неполной. При полной закалке сталь нагревают выше точки А3. Полная закалка применяется для доэвтектоидной стали. В этом случае при нагреве выше точки А3 сталь имеет полностью аустенитную структуру и после резкого охлаждения имеет полностью мартенситную структуру. При неполной закалке полного превращения не будет, и оставшийся в структуре феррит не даст получить высокой твердости и прочности. Поэтому в доэвтектоидной стали неполную закалку не применяют.


85. Перечислите и охарактеризуйте легированные стали, применяемые для изготовления мерильного инструмента

Основными требованиями, предъявляемыми к сталям, из которых изготавливаются измерительные инструменты, являются высокая твердость и износоустойчивость, стабильность в размерах в течение длительного времени. Последнее требование обеспечивается минимальным температурным коэффициентом линейного расширения и сведением к минимуму структурных превращений во времени.

Измерительные инструменты

Виды: калибры, шаблоны, линейки, штангенциркули.

Требования к инструменту: измерительный инструмент, применяемый для проверки размеров изготавливаемых изделий, должен обладать постоянством размеров и формы в течение всего срока службы, твердостью, прочностью, износостойкостью.

Для изготовления измерительного инструмента применяют стали:

Низкоуглеродистые стали: 15, 20, 20Х, 15Х, 12ХНЗА – цементуемые.

Применяют для простых по форме измерительных инструментов небольшой точности. Подвергается цементации с последующей закалкой и низким отпуском.

Среднеуглеродистые стали.

Марки: 50, 55

Назначение: для этих же инструментов

ТО: закалка рабочей поверхности токами высокой частоты + низкий отпуск.

Легированные стали. Марки: 12X1

ТО: закалка (в масле) и низкий отпуск.

Для инструмента высокого класса точности большое значение имеет процесс старение – это изменение структуры закаленной стали с течением времени. Этот процесс вызывает постоянное изменение размеров инструмента. При старении Аост → М, объем М больше объема А.

Старение при комнатной температуре называется естественным. Чтобы его избежать после закалки проводят обработку холодом (-70°С) и отпуск при t° = (120–130)°С, время выдержки от 12 до 50 часов, такая обработка называется искусственным старением.

Таким образом, основные свойства, которыми должны обладать стали этого назначения, – высокая износостойкость, постоянство размеров и формы в течение длительного срока службы. К дополнительным требованиям относят возможность получения низкой шероховатости поверхности и малой деформации при термической обработке.

Наиболее широко применяют заэвтектоидные низколегированные стали X, ХГ, ХВГ, 9ХС, обрабатываемые на высокую твердость (60-64 HRC). В отличие от режущих инструментов термическую обработку проводят таким образом, чтобы затруднить процесс старения, который происходит в закаленной стали и вызывает объемные изменения, недопустимые для измерительных инструментов. Причинами старения служат частичный распад мартенсита, превращение остаточного аустенита и релаксация остаточных напряжений, вызывающая пластическую деформацию. Для уменьшения количества остаточного аустенита закалку проводят с более низкой температуры. Кроме того, инструменты высокой точности подвергают обработке холодом при –50 ... – 80 °С. Отпуск проводят при 120 - 140°С в течение 24–48 ч. Более высокий нагрев не применяют из-за снижения износостойкости.

Инструменты повышенной точности подвергают неоднократному чередованию обработки холодом и кратковременного (2-3 ч) отпуска.

Плоские инструменты (скобы, линейки, шаблоны и т.п.) нередко изготовляют из листовых сталей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗА, подвергаемых цементации, или из сталей 50 и 55, закаливаемых с нагревом ТВЧ в поверхностном слое. Поскольку неравновесная структура в этих сталях образуется только в поверхностном слое, происходящие в нем объемные изменения мало отражаются на размерах всего инструмента.

Для инструментов сложной формы и большого размера применяют азотируемую сталь 38Х2МЮА.

 



0
рублей


© Магазин контрольных, курсовых и дипломных работ, 2008-2019 гг.

e-mail: studentshopadm@ya.ru

об АВТОРЕ работ

 

Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop

«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»

Решение задач по юриспруденции [праву] от 50 р.

Опыт решения задач по юриспруденции 20 лет!