Главная страница
Навигация по странице:

  • Ответы

    		•

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


    Скачать 7.23 Mb.
    НазваниеМетодическое пособие по дисциплине Материаловедение для студентов заочного отделения специальности
    Дата06.02.2023
    Размер7.23 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файла133163z-МУ.doc
    ТипМетодическое пособие
    #922433
    страница2 из 10
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

    Формирование структуры железоуглеродистых сплавов при охлаждении


    Проследим, как формируется структура, доэвтектоидной стали (сплав 1), эаэвтектоидной стали (сплав 2) и эвтектического чугуна (сплав 3). Кривые охлаждения и структура этих сплавов приведены на рисунке 1.3.



    Рисунок 1.3 – Формирование структуры и кривые охлаждения сплавов I, II, III
    Вид кривой охлаждения зависит от того, сколько фаз находиться в рассматриваемой области диаграммы при заданной температуре. Если количество фаз соответствует числу 1 и 2. на кривой охлаждения изображается наклонная линия, если в равновесии находятся 3 фазы – на кривой охлаждения вычерчивается площадка. Начало и конец превращений характеризуется на кривой охлаждения (нагрева) перегибами.

    Сплав I. В интервале 1 - 2 из жидкого сплава (Ж) выделяются кристаллы феррита (Ф). Точка 2 лежит на линии перитектического превращения. Следовательно, за время 2 - 2׀ будет идти это превращение. К моменту охлаждения до точки 2 в сплаве имеются две фазы – Ж + Ф.

    Две имеющиеся фазы должны превратиться в одну третью. Этой третьей фазой будет аустенит (А). В сплаве при температуре точки 2 больше жидкой фазы, чем в сплаве, проходящем через точку J. Следовательно, после перитектического превращения в остатке останется часть жидкого сплава: Ж + Ф → А + Ж (остаток).

    Ниже точки 2 находится область JECB, в которой из жидкого расплава кристаллизуется аустенит (А).

    В интервале 3- 4, проходящем через однофазную область аустенита, никаких превращений нет.

    Интервал 4 – 5 находится в двухфазной области GSP. В этой области, кроме аустенита, присутствует феррит (полиморфное превращение А → Ф). Следовательно, от 4 до 5 из аустенита выделяются кристаллы феррита.

    По мере их выделения оставшаяся часть аустенита обогащается углеродом (содержание углерода в аустените изменяется по линии 4 – 5). При температуре точки 5 оставшийся аустенит будет содержать 0,8 % углерода.

    Точка 5 лежит на линии эвтектоидного превращения (PSK). Следовательно, за время 5 – 5/ должно происходить эвтектоидное превращение – одна фаза должна превратиться в эвтектоидную смесь двух других: А → П (Ф + Ц).

    При охлаждении от точки 5 до нормальной температуры растворимость углерода в феррите понижается по линии PQ. Поэтому из феррита выделяется третичный цементит (Ц3) в виде очень мелких кристаллов, расположенных часто по границам зерен феррита. Кристаллы Ц3 можно обнаружить в микроструктуре только при очень большом увеличении, поэтому они не показаны на рисунке 1.2. Итак, структура доэвтектоидной стали состоит из зерен феррита, выделившихся из аустенита в интервале 4- 5, и зерен перлита, образовавшихся при эвтектоидном превращении.

    Сплав II. В интервале 1- 2 жидкий сплав превращается в аустенит ( в одну фазу). В области ESKF должны быть две фазы – аустенит и цеметит (Ц). Следовательно, в интервале 2- 3 из аустенита по границам его зерен выделяется вторичный цементит (Ц2). Происходит это вследствие понижения растворимости углерода в аустените (по линии ЕS). За время 3 – 3/ аустенит превращается в перлит (Ц2 остается без изменений).

    При нормальной температуре структура заэвтектоидной стали (после медленного охлаждения) будет состоять из зерен перлита, образовавшихся при эвтектоидном превращении, и вторичного цементита, выделившихся из аустенита в интервале 2- 3 и расположенного в виде сетки по границам перлита.

    Сплав III. В интервале температур 1- 2 из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита, а состав жидкой части изменяется по линии I – C. За время 2 – 2/ происходит эвтектическое превращение – жидкая часть сплава превратится в эвтектическую смесь кристаллов аустенита и цементита, называемого ледебуритом (Л).

    После эвтектического превращения сплав будет состоять из зерен аустенита, выделившихся из жидкого сплава в интервале 1- 2, и ледебурита – смеси цементита и более мелких зерен аустенита. С цементитом при дальнейшем охлаждении никаких превращений происходить не будет. Аустенит сплава III при температуре линии ЕСF содержит 2,14 % углерода. Поэтому в сплаве III при дальнейшем охлаждении из аустенита выделяется Ц2. Частицы его присоединяются к зернам имеющегося уже цементита и в структуре не обнаруживаются. За время 3- 3/ аустенит (в том числе и входящий в ледебурит) превратится в перлит.

    При нормальной температуре ледебурит состоит из смеси цементита и мелких зерен перлита (зерна аустенита за время 3 – 3/ превратились в перлит).
    Кроме ледебурита в структуре сплава III будут обособленные от ледебурита зерна перлита, более крупные, чем в ледебурите. Эти зерна образовались из аустенита, выделившегося в интервале 1-2.


    Рисунок 1.4 – Левый верхний угол диаграммы состояния Fe – Fe3С


    Рисунок 1.5 – Левая нижняя часть диаграммы состояния Fe – Fe3С


    Рисунок 1.6 – Правая часть диаграммы Fe – Fe3С
    Индивидуальные задания

    Вариант 1


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, стали 20 и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. Какие фазы образуются в системе Fe – C?

    3. Какую кристаллическую решетку имеют аустенит и феррит?

    4. Дайте определение техническому железу, стали, чугуну в соответствии с диаграммой Fe – Fe3C.

    5. Чем отличается перлит от ледебурита?

    6. Какую кристаллическую решетку имеет γ – Fе?

    Ответы: 1) ОЦК; 2) ГЦК; 3) ГПУ

    1. Постоянна ли концентрация углерода в аустените?

    Ответы: 1) да; 2) нет

    1. В какой точке диаграммы происходит эвтектическое превращение?

    Ответы: 1) S 2) С; 3) Е

    1. Что представляет собой цементит?

    Ответы: 1) твердый раствор; 2) механическую смесь; 3) химическое соединение; 4) твердый сплав

    1. Правильно записана формула эвтектоидного превращения П ↔ А?

    Ответы: 1) да; 2) нет
    Вариант 2


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, стали 70 и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. Какие механические смеси образуются в системе Fe – C?

    3. Сколько углерода в перлите, ледебурите, цементите?

    4. Дайте определение твердым растворам, присутствующим на диаграмме?

    5. Какую структуру при комнатной температуре имеет сталь, содержащая 0,8% С?

    6. Сколько полиморфных превращений испытывает железо?

    Ответы: 1) одно; 2) два; 3) три

    1. Постоянна ли концентрация углерода в перлите?

    Ответы: 1) да; 2) нет

    1. Какая точка характеризует предельную растворимость углерода в α - феррите?

    Ответы: 1) Р; 2) S; 3) Е

    1. Какое максимальное количество углерода может раствориться в γ – железе?

    Ответы: 1) 6,67%; 2) 2,15%; 3) 4,3%

    1. Какая из фаз является карбидом железа?

    Ответы: 1) Л; 2) Ц; 3) П

    Вариант 3


      1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, чугуна, содержащего 3% С и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

      2. Чем отличается феррит от аустенита?

      3. Какая механическая смесь образуется при охлаждении чугуна (название, состав, температура образования)?

      4. Нарисуйте кристаллические решетки феррита и аустенита.

      5. Какое химическое соединение присутствует на диаграмме (формула, состав, название, температура плавления)?

      6. Какая из структурных составляющих является двухфазной?

    Ответы: 1) феррит, 2) аустенит; 3) перлит

      1. Постоянна ли концентрация углерода в ледебурите?

    Ответы: 1) да, 2) нет

      1. Сколько углерода содержится в ледебурите?

    Ответы: 1) 2,14%; 2) 4,3%; 6,67%

      1. Какая фаза выделяется из аустенита в процессе охлаждения от 1147о С до 727о С?

    Ответы: 1) Ф; 2) П; 3) Ц

      1. Каково главное назначение белого чугуна?

    Ответы: 1) получение фасонных отливок; 2) передел на сталь; 3) обработка давлением с целью получения проката

    Вариант 4


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, стали 45 и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. Укажите максимальную растворимость углерода в феррите и аустените.

    3. Какой смысл имеют на диаграмме линии GS и GP? Напишите формулу превращения, соответствующую этим превращениям.

    4. Укажите температуру плавления и кристаллизации железа.

    5. Как перевести слово «эвтектика»

    6. В какой точке диаграммы железо кристаллизуется?

    Ответы: 1) А; 2) N; 3) С

    1. Встречается ли аустенит в чугунах при температурах ниже 727о С?

    Ответы: 1) да; 2) нет

    1. Какую структуру будет иметь сталь марки 08 после окончания процесса кристаллизации?

    Ответы: 1) феррит; 2) аустенит; 3) феррит и перлит

    1. Какая из структур представляет собой эвтектику?

    Ответы: 1) П; 2) А; 3) Л; 4) Ц

    1. Какова максимальная растворимость углерода в аустените?

    Ответы: 1) 0,8%; 2) 2,14%; 3) 4,3%

    Вариант 5


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, чугуна, содержащего 3,5% С и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. Как называется сплав, содержащий 0,8% С, и какую он имеет структуру?

    3. Сколько углерода содержится в перлите и ледебурите?

    4. Какие твердые растворы встречаются в стали? Нарисуйте кристаллическую решетку каждого из них.

    5. Как называется чугун содержащий 4,3% С? Какова его температура плавления и структура?

    6. Какой кристаллической решеткой обладает α – железо?

    Ответы: 1) объемно-центрированной кубической; 2) гранецентрированной кубической

    1. Сколько фаз участвует в эвтектическом превращении?

    Ответы: 1) одна; 2) две; 3) три

    1. Какая из линий диаграммы соответствует окончанию процесса первичной кристаллизации?

    Ответы: 1) ликвидус; 2) солидус

    1. Сколько углерода содержится в цементите?

    Ответы: 1) 100%; 2) 6,67%; 3) 0,8%; 4) 4,3%

    1. Какие фазы участвуют в эвтектическом превращении?

    Ответы: 1) Ж, А, Ц; 2) Ф, Ж, А; 3) А, Ф, Ц
    Вариант 6


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, стали 15 и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. В чем смысл линий «ликвидус», «солидус»?

    3. Сколько модификаций и полиморфных превращений у железа? При каких температурах происходят полиморфные превращения?

    4. Какая фаза на диаграмме самая твердая, а какая самая мягкая?

    5. Почему сталь содержит не более 2,14% С?

    6. При какой температуре произойдет в железе превращение α → γ?

    Ответы 1)727о С; 2) 911о С; 3) 1392о С

    1. Какая из структурных составляющих обладает наиболее высокой твердостью?

    Ответы: 1) перлит; 2) ледебурит; 3) цементит

    1. Какая реакция протекает по линии РК диаграммы при охлаждении?

    Ответы: 1) эвтектическая; 2) эвтектоидная; 3) перитектическая

    1. Какая из структурных составляющих является двухфазной?

    Ответы: 1) аустенит; 2) цементит; 3) ледебурит

    1. Какое максимальное количество углерода может раствориться в α - феррите?

    Ответы: 1) 0,025%; 2) 0,1%; 3) 0,8%

    Вариант 7


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, чугуна, содержащего 4,5% С и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. При какой температуре происходит превращение A→ П? Чем отличается аустенит от перлита?

    3. Как называется самая твердая фаза на диаграмме?

    4. Что такое «эвтектоид»?

    5. Опишите все, что Вы знаете об аустените.

    6. Как называется твердый раствор внедрения углерода в γ – железо?

    Ответы: 1) феррит; 2) аустенит; 3) цементит

    1. Какова растворимость (максимальная) углерода в α – феррите?

    Ответы: 1) 0,1%; 2) 0,02%; 3) 0,8%

    1. Какой кристаллической решеткой обладает γ – железо?

    Ответы: 1) ОЦК; 2) ГЦК

    1. Из каких фаз состоит эвтектоид перлит?

    Ответы: 1) Ф + Ц; 2) Ф + А; 3) А + Ц

    1. Какие структуры являются однофазными?

    Ответы: 1) Ф; 2) П; 3) А; 4) Л; 5) Ц

    Вариант 8


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, стали 15 и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. Опишите все, что Вы знаете о феррите.

    3. С точки зрения диаграммы объясните, почему жидкотекучесть чугуна выше, чем у стали.

    4. Почему стали 05 и 50 имеют одинаковую структуру, но обладают разными свойствами?

    5. Магнитен ли аустенит?

    6. Какая точка диаграммы указывает температуру плавления эвтектического чугуна?

    Ответы: 1) D; 2) S; 3) С

    1. Какая структура получается в результате первичной кристаллизации стали У 10?

    Ответы: 1) А; 2) А + Ц2; 3) П + Ц2

    1. По какой линии диаграммы происходит эвтектоидное превращение?

    Ответы: 1) РК; 2) ЕF; 3) НВ

    1. Структуры, каких чугунов приведены на диаграмме Fe – Fe3C?

    Ответы: 1) белых; 2) серых

    1. Какое максимальное количество углерода в соответствии с диаграммой может содержаться в стали?

    Ответы: 1) 0,8%; 2) 2,14%; 3) 4,3%

    Вариант 9


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, чугуна, содержащего 6% С и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. Что такое «фаза»? Укажите концентрацию сплавов, имеющих двухфазную структуру постоянного сплава.

    3. Какой из чугунов будет обладать большей жидкотекучестью: 5% С или 4,3% С? Почему?

    4. Чем отличается Ц3 от Ц2?

    5. Укажите линию солидус.

    6. Какая структура получается в результате первичной кристаллизации заэвтектического чугуна?

    Ответы: 1) А + Ц; 2) Ц + Л; 3) А + Л

    1. При какой температуре в железоуглеродистых сплавах происходит эвтектоидное превращение?

    Ответы: 1) 727о С; 2) 1147о С; 3) 1499о С

    1. Какая линия диаграммы характеризует начало полиморфного превращения Ф → А

    Ответы: 1) GP; 2) GS; 3) SE

    1. Какие фазы принимают участие в эвтектоидном превращении?

    Ответы: 1) А, Ж, Ц; 2) А, Ф, Ц; 3) А, П, Ц

    1. Из каких фаз состоит перлит?

    Ответы: 1) Ф + Ц; 2) Ф + А; 3) А = Ц

    Вариант 10


    1. С использованием диаграммы Fe – Fe3C постройте кривую охлаждения, стали У13 и опишите процессы, происходящие при охлаждении.

    2. Какую структуру имеет чугун содержащий 5% С?

    3. Почему при охлаждении из аустенита выделяется вторичный цементит?

    4. Какое химическое соединение присутствует на диаграмме?

    5. Сколько углерода в феррите при температуре 20о С?

    6. Какой сплав имеет структуру, состоящую из одного ледебурита?

    Ответы: 1) эвтектоидная сталь; 2) эвтектический чугун; 3) заэвтектоидный чугун

    1. Какая из фаз является карбидом железа?

    Ответы: 1) Л; 2) Ц; 3) П

    1. Сколько углерода содержится в ледебурите?

    Ответы: 1) 2,14%; 2) 4,3%; 3) 6,67%

    1. Какая из структурных составляющих является двухфазной?

    Ответы: 1) феррит; 2) аустенит; 3) перлит

    1. Какая реакция протекает по линии РК диаграммы при охлаждении?

    Ответы: 1) эвтектическая; 2) эвтектоидная; 3) перитектическая

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

    написать администратору сайта