Задания на контрольные работы №1, №2 (стр. 6 )

Вопросы 121-150 относятся к термической и химико-термической обработке конструкционных и инструментальных сталей. Для ответа на них необходимо знать диаграмму состояний железо-цементит, принципы классификации сталей и процессы, происходящие при нагреве и охлаждении аустенита, а также классификацию видов термической обработки и их назначение. Отвечая на эти вопросы, нужно начертить необходимый участок диаграммы состояний железо-цементит и нанести на неё ординату сплава, соответствующего заданию. На ординате указать температуры нагрева для соответствующих видов термической обработки, выбрать охлаждающую закалочную среду.

После этого в координатах температура-время следует построить график термической обработки. При этом время нагрева, выдержки и охлаждения можно назначать условно.

Необходимо указать цель того или иного вида термической или химико-термической обработки, обосновать выбранные температуры нагрева, описать превращения. Нужно указать структуру в исходном, промежуточном и конечном состояниях.

При необходимости применения поверхностной закалки или химико-термической обработки следует изложить их сущность.

Следует обращать внимание на технико-экономическую эффективность внедрения полимерных материалов как заменителей дорогостоящих и дефицитных материалов, например, цветных металлов, ценных пород древесины. Необходимо вначале ознакомиться с классификацией синтетических смол по ГОСТу, составом и свойствами пластических масс.

Рекомендуется приводить конкретные примеры использования того или иного полимерного материала.

Отвечая на вопросы, связанные с защитными покрытиями, следует исходить из двух факторов, позволяющих получать качественное покрытие: во-первых, из стойкости покрытия к действию реагентов, от которых защищается изделие, из механической прочности и твердости покрытия при нормальной, повышенных и пониженных температурах и, во-вторых, из обстоятельств, связанных с адгезией (прилипаемостью) покрытия к защищаемой поверхности. Часто выгоднее применять пленочный материал.

Важно оценить состав и свойства синтетического клея (адгезию и коагезию – прочность клеевого слоя) в связи с технологией склеивания и влиянием влаги, масла, бензина, а также температуры.

При описании технологических методов переработки пластмасс в изделия нужно приводить схемы процессов с необходимыми пояснениями.

Диаграмма состояния двойного сплава Fe-C (Fe-FeC)

Диаграмма определяет в условиях равновесия фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации компонентов, позволяет качественно характеризовать многие физико-химические, механические и технологические свойства сплавов. На основе анализа диаграммы состояния решаются инженерные задачи, а именно можно определить, какие сплавы и в каком направлении изменяют свою структуру (нагрев и охлаждение), изменение структуры и свойств при переходе к неравновесному состоянию, зависящему от реальных условий производства изделий и заготовок.

Превращения в зависимости от состава сплава могут протекать различно, а следовательно, сплавы имеют разные по характеру температурные кривые охлаждения (нагревания).

В системе «железо – углерод» выделяются сплавы с превращениями:

·  перитектическими и доэвтектоидными (0,16<C<0,8%)

·  эвтектоидным (С=0,8%)

·  заэвтектоидными (0,8<C<2,0%)

·  доэвтектическими (2,0<C<4,3%)

·  эвтектическим (С=4,3%)

·  заэвтектическими (4,3<C<6,67%)

Первичная кристаллизация, т. е. кристаллизация из жидкого состояния, протекает для чистого железа при температуре t=1539oC, для эвтектического сплава белого чугуна t=1147oC, для химического соединения Fe3C t=1260oC с выделением тепла, вследствие чего на кривых охлаждения при температуре затвердевания обнаруживаются остановки (обозначаются горизонтальными участками кривой охлаждения).

Первичная кристаллизация остальных сплавов происходит в интервале температур:

1539 до 1390 - доэвтектоидные стали;

1499 до 1147 - заэвтектоидные сталеи;

1480 до 1147 - доэвтектические белые чугуны;

1260 до 1147 - заэвтектические белые чугуны.

Начало процесса кристаллизации этих сплавов отмечается перегибом на кривой охлаждения. Окончание процесса кристаллизации может в зависимости от числа фаз характеризоваться на кривой охлаждения перегибом (стали) или горизонтальным участком (белые чугуны). Перегиб характеризует быстрое превращение во времени, горизонтальный участок характеризует замедленное превращение во времени, связанное с выделением тепла (охлаждение) или с поглощением тепла (нагрев).

В сплавах-механических смесях (гетерогенные системы), образующих эвтектику, в момент окончания затвердевания на линии солидуса приходятся в равновесии три фазы: кристаллы аустенита (С»2%), цементита первичного (C=6,67%) и жидкая фаза. В соответствии с правилом фаз это равновесие нонвариантное С=2+1-3=0 и фиксируется горизонтальный участок при температуре, соответствующей линии солидус (t=1147oC).

Положение основных точек метастабильной диаграммы Fe-Fe3C

Точка	toC	Концентрация углерода (по массе), %
A B C N H J E G S P Q	1539 1499 1147 1392 1499 1499 1147 911 727 727 20	0,00 0,51 4,30 0,00 0,10 0,16 2,14 0,00 0,80 0,02 0,006

Правило фаз

С=К+1-Ф,

где К – число компонентов в системе;

Ф – число фаз;

С – число степеней свободы.

Чтобы указать протяженность горизонтального участка на кривой охлаждения, следует выбрать масштаб, соответствующий содержанию 100% эвтектики. Удобно принять горизонтальный участок на кривой эвтектического сплава длиной 10 мм, по правилу отрезков определить относительное количество эвтектики, образующейся при кристаллизации сплава (доэвтектический и заэвтектический чугуны) и показать кристаллизацию эвтектики в виде горизонтального участка, соответствующего по длине ее относительному количеству (<10 мм). При наличии в сплаве 50% эвтектики на кривой охлаждения сплава будет горизонтальная линия длиной 5 мм.

Сплавы с перитектическим превращением содержат углерода 0,1-0,5%.

На кривой охлаждения фиксируется:

-  перегиб, указывающий начало кристаллизации с выделением из жидкого сплава кристаллов, богатых тугоплавким компонентом (высокотемпературный феррит – область АНJВ);

-  горизонтальный участок, отвечающий перитектической реакции (НJВ), на котором в условиях равновесия находятся три фазы: кристаллы феррита высокотемпературного, богатые тугоплавким компонентом (АНJВ), жидкость и кристаллическая фаза с легкоплавким компонентом – аустенитом (НJN);

-  перитектическое превращение (t=1499oC) сплавов с содержанием углерода 0,16% заканчивается затвердеванием с образованием структуры феррит и аустенит; для сплавов с содержанием углерода 0,16 – 0,5% имеет место превращение феррита высокотемпературного (Фв) в аустенит:

.

Вторичная кристаллизация - превращение в затвердевшем сплаве (Ж=0%) обуславливается полиморфными превращениями, полным (или частичным) распадом твердого раствора. В чистом железе превращения в твердом состоянии (полиморфное) протекает при постоянной температуре, поэтому на кривых охлаждения (нагревания) при температуре превращений наблюдается горизонтальный участок:

А Ф.

В доэвтектоидных сталях без перитектических превращений (С=0,5-0,8%) первичная кристаллизация начинается при t=1499oC с выделения из аустенита жидкой фазы, сплав Ж+А состоит из двух фаз, и процесс кристаллизации заканчивается на линии солидус. Сплав имеет однофазную структуру аустенита, содержание углерода в котором соответствует содержанию углерода жидкого сплава.

В доэвтектоидных сплавах (С=0-0,8%) вторичная кристаллизация протекает в следующей последовательности: полиморфное превращение железа в интервале температур 910-727 oC и насыщение аустенита углеродом. Полиморфизм приводит не только к образованию феррита (твердый раствор с содержанием углерода до 0,02%), но и к повышению в аустените содержания углерода до 0,8%.

В заэвтектоидных сплавах (0,8<C<2,0%) в интервале температур (линии SE-SK) из аустенита выделяется цементит вторичный. Содержание углерода в аустените при температуре 727оС составляет 0,8%, на линии перлитных превращений А0,8®П0,8, то есть имеет место полиморфное превращение А0,02®Ф0,02 с выделением кристаллов цементита вторичного. Процесс заканчивается образованием структуры П+ЦII. Содержание углерода в перлите составляет 0,8%, в цементите – 6,67%. Соотношение фаз в сплаве при температуре окружающей среды можно определить по правилу отрезков.