133163z-МУ. Методическое пособие по дисциплине Материаловедение для студентов заочного отделения специальности

• Название: Методическое пособие по дисциплине Материаловедение для студентов заочного отделения специальности
• Дата: 06.02.2023
• Размер: 7.23 Mb.
• Имя файла: 133163z-МУ.doc
• Тип: Методическое пособие; #922433
• страница: 1 из 10

министерство ОБРАЗОВАНИЯ И науки алтайского края

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«РУБЦОВСКИЙ АГРАРНО-ПРОМЫШЛЕННЫЙ ТЕХНИКУМ»

методическое пособие

по дисциплине: Материаловедение для студентов заочного отделения специальности:

21.02.17 – Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

21.02.18 – Обогащение полезных ископаемых

Разработал преподаватель: Рау Г.К.


В каждом разделе по 10 вариантов.

Контрольная работа состоит из семи заданий, которые приведены в таблице распределения заданий по вариантам.

Номер варианта контрольной работы должен соответствовать цифре шифра студента.

Для выполнения контрольной работы необходимо иметь следующую литературу:
1 Б.А. Кузьмин и др. Технология металлов и конструкционные материалы. М.: Машиностроение,

2 Б.А Кузьмин, А.И. Самохоцкий Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. М.: Высшая школа,

3 В.М. Никифоров Технология металлов и конструкционные материалы. Л.: Машиностроение,

4 А.М. Пейсахов Материаловедение . Конспект лекций. Санкт-Петербург .: Михайлова В.А,

Таблица распределения заданий по вариантам

№ шифра	Разделы
	1	2	3	4	5	6	7
	варианты
1	1	10	5	6	3	4	9
2	3	5	8	8	7	1	4
3	2	3	1	1	4	10	2
4	5	7	3	4	8	2	1
5	7	1	7	2	9	9	3
6	10	4	2	3	1	7	4
7	8	8	10	5	7	3	1
8	4	6	9	7	2	5	10
9	6	9	4	1	5	8	6
10	9	2	8	4	3	1	2
11	8	3	3	9	6	4	4
12	3	10	6	2	4	6	5
13	1	5	5	8	7	10	3
14	7	8	10	6	10	2	7
15	4	4	1	7	1	5	8
16	6	9	7	3	2	8	9
17	2	7	8	4	5	7	1
18	5	1	4	9	9	3	2
19	9	10	9	1	3	9	5
20	10	6	2	5	6	4	7
21	9	2	6	10	4	10	8
22	6	9	5	2	8	1	10
23	2	3	8	10	1	6	4
24	5	10	1	4	10	9	6
25	1	4	7	5	5	7	3
26	4	2	10	9	9	3	7
27	7	8	4	10	4	10	5
28	8	6	3	3	10	5	8
29	3	1	6	7	8	8	1
30	10	5	9	8	2	9	9
31	4	7	2	6	7	2	6
32	2	9	7	10	9	4	10
33	7	4	10	2	6	6	7
34	10	2	3	1	1	3	8
35	1	3	4	8	8	7	5
36	8	6	5	5	3	1	3
37	5	7	1	2	5	5	10
38	3	8	6	3	6	2	6
39	6	1	2	6	2	10	2
40	9	5	9	9	10	6	9

Общие методические указания по выполнению

контрольной работы
Выполнение контрольной работы следует начинать с изучения методических указаний.

Рекомендуется сначала внимательно прочитать вопрос задания, методические указания по его выполнению, а затем в рекомендованной литературе найти соответствующий материал. Повторно прочитать вопрос и убедиться в соответствии найденного материала к поставленному в задании вопросу.

Ответы на вопросы должны конспективно, то есть кратко, но полностью освещать материал, помещенный в методических указаниях и рекомендованной в пояснительной записке литературе. Может быть использована и другая литература, но ответы на вопросы задания должны охватывать материал, по содержанию не меньший данного в указанной литературе.

Если возникнут затруднения в понимании какого-либо вопроса или в ответе на него, следует обратиться за устной консультацией к преподавателю или написать в техникум с просьбой дать письменную консультацию.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради с полями 3 см и пронумерованными страницами; высылается в техникум в соответствии с учебным графиком.

Контрольная работа должна быть написана разборчивым почерком и аккуратно.

Вопросы контрольной работы переписываются по порядку, полностью и подчёркиваются.

На каждый переписанный вопрос сразу же даётся ответ.

После каждого ответа на вопрос остаётся незаполненное пространство 3 – 5 см, а в конце работы 1 страница для рецензии.

Если тетради для выполнения контрольной работы не хватает, то в ней необходимо подшить или подклеить дополнительные листы.

Чертежи, диаграммы, схемы, графики, рисунки выполняются карандашом или тушью на отдельном листе нелинованной бумаги (но не на кальке или миллиметровке) в соответствии с ЕСКД и с применением чертёжных инструментов (циркуль, линейка и т.д.), а затем вклеиваются или подшиваются в текст ответа, но не в конце тетради.

Надписи делаются чертёжным шрифтом.

Чертежи, выполненные на отдельных листах по размерам, превышающим формат тетради, складываются так, чтобы они не выходили за её край.

В конце работы даётся перечень используемой литературы с указанием года издания, ставится подпись, дата выполнения.

Если работа выполнена с опозданием, то указывается причина задержки.

После выполнения работы следует проверить: полностью ли она соответствует требованиям методических указаний.

Высланная из техникума наклейка, помещается на лицевой стороне обложки тетради. Следует заполнить все графы, за исключением граф, касающихся рецензирования (фамилии преподавателя, оценки, даты и подписи).

Имя, отчество, адрес студента пишутся полностью.
При отсутствии наклейки текст её пишется полностью самим студентом

В не зачтенной работе ответы дорабатываются на оставшихся в тетради чистых листах или дополнительных, вклеенных или подшитых в конце тетради, которая после доработки повторно высылается на рецензию. В этом случае наклейка на тетради заменяется на новую. В не зачтённой работе должны быть сохранены все данные в ней замечания.

Если, согласно рецензии, не зачтённая контрольная работа должна быть выполнена повторно или по другому варианту, то она высылается на повторную рецензию вместе с вновь выполненной.

Работы, выполненные не в соответствии с требованиями методических указаний или без учета указаний, данных в рецензиях по предыдущим работам, не зачитываются.

Если в данном учебном году произошли изменения в содержании или количествах контрольных работ, то студенты, оставленные на второй год, все работы выполняют заново, согласно новой учебной документации.

Методические указания по выполнению

контрольной работы

Раздел 1 Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

Цель работы:

1 Научиться определять по диаграмме структуру железоуглеродистых сплавов

2 Иметь представление о процессах формирования структуры при нагреве и охлаждении.

Задание:

1 Выполнить индивидуальную работу по теории диаграммы Fe – Fe₃C
Общие сведения
Диаграмма Fe – Fe₃C
Диаграмма состояния железо – углерод (рисунок 1.1)даёт возможность изучить, какие изменения при нагревании и охлаждении происходят в железоуглеродистых сплавах. Она называется равновесной, так как описывает все структурные превращения, имеющие место только при медленном охлаждении.

Железоуглеродистые сплавы промышленного значения – это стали и чугуны.

Основными компонентами в сталях и чугунах являются железо и углерод. Остальные элементы (примеси) не оказывают существенного влияния на положение критических точек и линий диаграммы. Поэтому железоуглеродистые сплавы рассматриваются как двойные сплавы и для них строят диаграмму из двух компонентов.

На горизонтальной оси диаграммы откладывается процентное содержание составляющих компонентов: в начальной точке – 100% железа и 0% углерода, затем концентрация углерода увеличивается.
Диаграмма заканчивается при содержании углерода 6,67%, что соответствует составу химического соединения железа с углеродом – цементита (Fe₃C). По этой причине вторым компонентом диаграммы следует считать не углерод, а цементит, количество которого, при изменении углерода от 0 до 6,67%, увеличивается от 0 до 100%.

На вертикальных осях откладываются температуры: на начальной вертикали - критические точки чистого железа, на конечной вертикали – цементита. Между этими вертикалями расположены сплавы. Стали, занимают область диаграммы, простирающуюся до концентрации углерода 2,14%, чугуны – от 2,15 до 6,67%.

Критические точки, соответствующие превращениям в сталях и чугунах, соединены плавными линиями.



Рисунок 1.1 – Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
Компоненты диаграммы

Основными компонентами диаграммы являются железо и цементит:

Железо – мягкий металл светло-серого цвета с плотностью ρ = 7,68 г/см³.Важной особенностью железа является ферромагнетизм, т.е. способность сохранять остаточную намагниченность при выключенном магнитном поле. При нагреве до температуры 768 ^о С (точка Кюри) происходит утрата ферромагнитных свойств (β – превращение) и железо переходит в парамагнитное состояние.

Железо дважды испытывает полиморфные превращения. До температуры 911⁰С железо существует в виде α- модификации и имеет ОЦК решетку.

При 911⁰С имеет место первое полиморфное превращение:Fe_α → Fe_γ. Модификация Fe имеет ГЦК решетку и существует вплоть до температуры плавления, которая составляет 1539⁰С.

Железо, содержащее 0,1 – 0,2℅примесей, характеризуются следующими механическими свойствами:
Предел прочности , σ_в, МПа

Предел текучести, σ_т, МПа

Относительное удлинение, δ, ℅

Твердость, НВ

Цементит (Ц) – Химическое соединение железа с углеродом. Формула цемента (карбида железа) Fe-Fe₃C. Температура плавления- 1237⁰С. Кристаллическая решётка сложная, ромбическая. Полиморфизмом не обладает. Твёрд (800 НВ), хрупок (δ → 0).
Фазовый состав системы Fe- Fe₃C
В системе Fe- Fe₃C встречаются однофазные и двухфазные структуры. К однофазным структурам относятся твёрдые растворы феррит и аустенит и химическое соединение- цементит.

К двух фазным структурам относятся эвтектическая ( ледебурит) и эвтектоидная (перлит) механические смеси.
Однофазные структуры
Феррит (Ф) - занимает на диаграмме область GPQ и представляет собой ограниченный твердый раствор внедрения углерода в Fe_α. Как и Fe_α, имеет ОЦК решётку. Растворимость углерода в феррите невелика: 0,025℅ при температуре727⁰С и 0,006%- при комнатной температуре. Механические свойства феррита практически не отличаются от свойств технического железа, т.е. он пластичен и имеет низкую твёрдость (80 НВ).

Аустенит (А) занимает на диаграмме область NJESG, это ограниченный твёрдый раствор внедрения углерода в Fe_ỵ, имеет ГЦК решётку, в которой углерода растворяется значительно больше, чем в ОЦК решётке. Максимальная растворимость углерода в аустените – 2,14℅ при температуре 1147⁰С и 0,8℅ при температуре 727⁰С. Твёрдость аустенита 160- 200 НВ, т.е. аустенит более прочен, чем феррит, и как твёрдый раствор - пластичен.

Цементит (Ц) - присутствует на диаграмме в виде цементита первичного, вторичного и третичного, которые отличаются только условиями образования и формой выделения.

Первичный цементит (Ц₁) - кристаллизуется из жидкого расплава в области CDF в виде сетки (оболочки) вокруг зёрен аустенита.

Вторичный цементит (Ц₂) - выделяется из аустенита в области линии SE вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените от 2,14℅ до 0,8℅ в виде сетки (оболочки) вокруг зерен аустенита.

Третичный цементит (Ц₃) - выделяется из феррита в области линии QP вследствие уменьшения растворимости углерода в феррите от 0,025% до 0,006% в виде мелких точечных включений по границам и телу ферритного зерна.

Все разновидности цементита – Ц₁, Ц₂, Ц₃- имеют одинаковую формулу – Fe₃C, одинаковый состав – 6,67% С и не отличаются по свойствам – высокая твёрдость (800 НВ) и хрупкость (δ → 0).

Двухфазные структуры

Ледебурит (Л) – Эвтектическая смесь, состоящая из аустенита и цементита при t > 727^оС и перлита и цементита при t < 727^о С . Образуется из жидкого расплава при температуре 1147^оС и концентрации углерода 4,3 %. По твердости уступает цементиту (600НВ)

Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь, состоящая из Ф и Ц. Образуется при температуре 727 ^оС и концентрации углерода 0,8 %. Твердость перлита 260 – 280 НВ.

Микроструктура фаз и структурных составляющих диаграммы приведена на рисунке 1.2



Рисунок 1.2 - Микроструктуры железоуглеродистых сплавов
Значение точек и линий диаграммы Fe – Fe₃C
точка А (0% С) – температура плавления - кристаллизации железа;

точка G (911^о С, 0% С) – первое полиморфное превращение α ↔ γ железе;

точка N (1392^оС, 0% С) – второе полиморфное превращение γ ↔ δ железе;

точка D (1237^оС, 6,67% С) – температура плавления – кристаллизации аустенита;

точка С (1147^оС, 4,3%С) – эвтектическая точка;

точка S (727^оС, 0,8%С) – эвтектоидная точка;

точка Е (1147^оС, 2,14 %С) – максимальная растворимость углерода в аустените;

точка Р (727^оС, 0,025%С) – максимальная растворимость углерода в феррите;

точка Q (20^оС, 0,006%С) – минимальная растворимость углерода в феррите;

точка Н (1499^оС, 0,1%С) – содержание углерода в Fе_δ в момент перитектического превращения;

точка В (1499^оС,0,5%С) – содержание углерода в жидком расплаве в момент перитектического превращения;

точка J (1499^оС, 0,16%С) – перитектическая точка;
АВСD – линия ликвидус;

АНJEF – линия солидус;

ЕF – линия эвтектики;

РК – эвтектоидная линия;

НВ – линия перитектики;

ЕS – линия предельной растворимости углерода в аустените;

РQ – линия предельной растворимости углерода в феррите;

GS и GP – линии начала и конца первого полиморфного превращения в стали;

NH и NJ - линии начала и конца второго полиморфного превращения в стали.
Превращения в системе Fe – Fe₃C
На диаграмме выделяются три горизонтальные линии – EF, PK и НВ. При температурах, соответствующих этим линиям, проходят превращения, в которых принимают участие три фазы. Составы этих фаз обозначены на линиях соответствующими точками.

Линия EF характеризует эвтектические превращения, в котором участвуют три фазы: жидкая (точка С), аустенит (точка Е), цементит (точка F).

Оно происходит при постоянной температуре 1147^оС по реакции:
Ж_с ↔Л_с (А_Е + Ц_F)
Это превращение происходит во всех сплавах, содержащих от 2,14%С до 6,67%С, где имеется жидкая фаза, но лишь в одном сплаве, содержащем 4,3%С образуется 100% эвтектики – ледебурита.

Линия РК характеризует эвтектоидное превращение, в котором участвуют фазы А, Ф, Ц. Оно протекает при 727^оС по реакции:

А_S →П_S (Ф_Р + Ц_К),
в результате, которой, из аустенита образуется механическая смесь – перлит. Превращение происходит во всех сплавах системы, но лишь в одном сплаве, содержащем 0,8% С, образуется 100% П.

Перитектическое превращение характеризует линия НВ. В этом превращении участвуют фазы Ж, Ф_β, А. Оно протекает по реакции, при температуре 1499^оС.
Ж_В + Ф_δΗ ↔ А_J
Железоуглеродистые сплавы
Диаграмма описывает следующие материалы на основе железа:

• 
  техническое железо. Оно занимает область с концентрацией углерода от 0% до 0,025%С.
  

• 
  углеродистая сталь – занимает область с концентрацией углерода от 0,025% до 2,14%С. Сталь , содержащая 0,8%С, называется эвтектоидной, менее 0,8%С – доэвтектоидной, более 0,8%С – заэвтектоидной.
  
• 
  белый чугун – занимает область с концентрацией углерода от 2,14 до 6,67%С. В белом чугуне углерод находится в связанном состоянии – в виде цементита. Цементит входит также в состав перлита и ледебурита ( в отличие от серых чугунов, в которых углерод находится в свободном состоянии в виде графита). Чугун, содержащий 4,35%С, называется эвтектическим; менее 4,3%С – доэвтектическим; более 4,3%С – заэвтектическим.