КР Материаловедение. КР№1. Контрольная работа по части курса Материаловедение

• Название: Контрольная работа по части курса Материаловедение
• Анкор: КР Материаловедение
• Дата: 16.12.2022
• Размер: 384.44 Kb.
• Имя файла: КР№1.docx
• Тип: Контрольная работа; #848233

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Калининградский государственный технический университет»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По части курса:

« Материаловедение ».
Специальность: 15.03.01.

« Машиностроение »

Квалификация: Бакалавр
Форма обучения: Заочная

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Калининградский государственный технический университет»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По части курса:

« Материаловедение ».
Специальность: 15.03.01.

« Машиностроение »

Квалификация: Бакалавр
Форма обучения: Заочная

Разработал: обучающийся гр. 22-ЗМС

В.А. Башкатов

Преподаватель:

Т.П. Колина

Содержание

1Список вопросов к контрольной работе №1 3

2Вопрос №37 4

3Вопрос №44 6

4Вопрос №79 7

5Вопрос №104 8

6Вопрос №139 9

7Список используемой литературы 11

Основная: 11

1. Список вопросов к контрольной работе №1

1. 
   Вопрос №37: Назначение модифицирования. Виды модификаторов. Приведите примеры.
   
2. 
   Вопрос №44: Под действием каких напряжений происходит пластическая деформация? Как при этом изменяются структура и свойства металла?
   
3. 
   Вопрос №79: Вычертите диаграмму состояния системы железо-углерод (железо-цементит) (рисунок 1). Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) и опишите превращения от жидкого состояния до нормальной температуры для сплава, содержащего
   0,15% С. Укажите структуру сплава при комнатной температуре, назовите сплав. То же для сплава, содержащего 0,3% С.
   
4. 
   Вопрос №104: Укажите название областей на стальной части диаграммы.
   
5. 
   Вопрос №139: Почему белые чугуны ограниченно применяются в машиностроении? Дайте подробное пояснение. Какие разновидности белых чугунов существуют, и какова их структура?
   

2. Вопрос №37

Вопрос №37: Назначение модифицирования. Виды модификаторов. Приведите примеры.

Ответ:

1. 
   Назначение модифицирования:
   

Охлаждение с высокой скоростью для получения мелкого зерна кристаллической решетки металла и тем самым большей его прочности невозможно для отливок большой массы. Измельчение зерна с целью получения мелкозернистой структуры, обладающей более высокими значениями прочности и пластичности по сравнению с крупнозернистой структурой, в этом случае достигается модифицированием – введением в жидкий металл дополнительных центров кристаллизации. Тем самым литейные сплавыиз-за грубозернистой литой структуры имеют более

низкие механические свойства, особенно пластичность. Для улучшения

механических свойств применяют модифицирование. Зависимость размеров зерен металла от скорости охлаждения см. рис. 1

2. 
   Виды модификаторов:
   

Модификаторы (от лат. Modifico – изменение формы) – легирующие композиции химических элементов, малые добавки которых при введении в расплавы металлов, практически не влияя на состав, существенно изменяют их кристаллическую структуру и эксплуатационные характеристики, способствуя измельчению зерен и сопутствующему повышению прочности.

Модификатор должен иметь тот же тип кристаллической решетки, что и выплавляемый металл, а также близкие параметры решетки (отличие не должно превышать 9%). Температура плавления модификатора должна быть выше температуры кристаллизации выплавляемого металла. Модификаторами могут быть металлы, образующие при их введении в расплав тугоплавкие химические соединения
Чаще всего модификаторы классифицируют по методу, предложенному П.А. Ребиндером, согласно которому их подразделяют на два основных типа:

• 
  1 тип: К нему относят группу замедляющих охлаждение расплава поверхностно-активных веществ (ПАВов), адсорбирующихся на зародышах в центральной области кристаллизации и препятствующих их росту. В результате образуется множество новых зародышей, активно разрастающихся благодаря уменьшению общей концентрации модификатора по отношению к количеству зерен.
  

• 
  2 тип: К нему причисляют т. наз. инокуляторы. Частицы вещества-инокулятора при их вводе в расплав ускоряют процесс охлаждения и затвердения, что способствует возникновению множества новых очагов кристаллизации с образованием большого количества мелких зерен основной фазы или мельчайших включений иных фаз. За счет этого происходит требуемое изменение общей структуры с добавлением к уже существующим новых структурных компонентов.
  

Наряду с модификаторами 1 и 2 типов существуют и модификаторы комплексного действия, при помощи которых удается решить сразу несколько задач, осуществляя одновременно легирование, раскисление, десульфурацию, инокуляцию и т.д.
В состав комплексных модификаторов могут быть включены:
1. металлы щелочноземельной группы (Mg, Ca, Ba, Sr);

2. редкоземельные металлические элементы (Sc, Y, La, Ce);
В разряд многокомпонентных комплексных модификаторов входит также ряд т. наз. наномодификаторов, предназначенных для выполнения узкоспециальных модифицирующих функций.
По способу воздействия комплексные модификаторы подразделяют на 3 основные группы:

• 
  Рафинирующего действия на основе таких активных элементов, как Mn, Si, Са, Mg, Al и др.;
  
• 
  Упрочняющего действия на базе карбидов, боридов, нитридов, с помощью которых осуществляется дисперсионное упрочнение металлической основы сплава;
  
• 
  Комбинированного рафинирующе-упрочняющего действия – модифицирующие композиции, могущие содержать в различных соотношениях химические элементы первых двух групп.
  

Практическое использование комплексных модификаторов обусловлено следующими причинами:
Воздействие комплексных модифицирующих композиций значительно превышает эффективность применения одиночных модификаторов.

в случае применения комплексного модификатора сводится к минимуму содержание его отдельных составляющих, что позволяет ограничить состав примесей в сплаве до допустимых пределов;

при сочетании комплексного модификатора с механической нагрузкой степень эффективности его действия значительно повышается, что позволяет получать особо мелкие структуры.

3. 
   Пример: В качестве модификаторов при выплавке стали используют Аl (температура плавления 660 °С). При введении алюминия в расплавленную сталь происходит реакция обмена:
   2Аl + Fе₂O₃= Аl₂О₃ + 2Fе.
   В результате этой реакции образуется оксид алюминия — Аl₂О₃, температура плавления которого (

2000 °С) значительно выше температуры плавления стали.

3. Вопрос №44

Вопрос №44: Под действием каких напряжений происходит пластическая деформация? Как при этом изменяются структура и свойства металла?
Ответ:

1. 
   Под действием каких напряжений происходит пластическая деформация?
   

Холодная пластическая деформация вызывает появление внутренних напряжений металла и слава. Часто в результате пластической деформации происходит не только образование дефектов, но и изменение формы кристаллитов, которые деформируются скольжением и двойникованием. Деформация начинается в тех зернах, в плоскостях скольжения которых возникают максимальные касательные напряжения. Соседние зерна разворачиваются и вовлекаются в процесс деформации.

2. 
   Как при этом изменяются структура и свойства металла?
   

Деформация вызывает искажения кристаллической структуры поликристаллического металла или сплава, увеличивается плотность дефектов кристаллической решетки (вакансий, дислокаций), а также приводит к изменению формы зерен: они приобретают вытянутую в направлении наиболее интенсивного течения металла форму (поворачиваются осями наи-большей прочности вдоль направления деформации). Так, например, при прокатке равно-осные зерна (рис. 3.35, а) становятся вытянутыми (рис. 3.35, б).



а б
Рис. 3.35. Структура сплава:

а — до деформации; б — после деформации (прокатки)
Зависимости твердости и пластичности от степени деформации и соответствующие струк-туры сплава изображены в левой части рис. 3.36.

4. Вопрос №79

Вопрос №76: Вычертите диаграмму состояния системы железо-углерод (железо-цементит) (рисунок 1). Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) и опишите превращения от жидкого состояния до нормальной температуры для сплава, содержащего
0,15% С. Укажите структуру сплава при комнатной температуре, назовите сплав.

Вопрос №79: То же для сплава, содержащего 0,3% С.
Ответ:
Диаграмма:



Описание:

В диапазонеот 1536 до 1500 °С (точки: 1,2) где проиcходит гомогенизация. рассматриваемый сплав находится в жидком состоянии, кристаллы твердого раствора взаимодействуют с жидкостью, процесс происходит при постоянной температуре и постоянной концентрации фаз, приводящй к образованию кристаллов другого твердого раствора.

В диапазоне от 1500 до 1493 °С (точки: 2,3) рассматриваемый сплав начинает постепенно остывать и представлен аустенитом и жидким раствором. Переход происходил в точке 3.

В диапазоне от 1493 до 850 °С (точки: 3, 4) на данном отрезке имеем 100% аустенита. Т.е. 0,3% С (углерода) внедрились в структуру гамма железа и застыли.

В диапазоне от 850 до 727 °С (точки: 4, 5) система представляет собой твердую смесь перлита и цементита. Смесь попадает в зону аустенита и феррита. Переход происходит в точке 5.

Сплав железа с углеродом, содержащий 0,3 %С, называется доэвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре – Перлит + Феррит.

5. Вопрос №104

Вопрос №104: Укажите название областей на стальной части диаграммы?

Ответ:

• 
  линия ACD. Линия ликвидус. При охлаждении сплавов ниже нее начинается их кристаллизация;
  
• 
  линия AECF. Линия солидус. При охлаждении сплавов ниже нее весь сплав переходит в твердое состояние;
  
• 
  линия ECF. Иногда называется линией ледебуритного превращения. При охлаждении сплавов с содержанием углерода выше 2,14% ниже нее жидкая фаза превращается в ледебурит;
  
• 
  линия PSK. Линия перлитного превращения. При охлаждении сплавов ниже нее аустенит превращается в перлит.
  

6. Вопрос №139

Вопрос №139: Почему белые чугуны ограниченно применяются в машиностроении?

Дайте подробное пояснение. Какие разновидности белых чугунов существуют, и какова их структура?

Ответ:
6.1 Почему белые чугуны ограниченно применяются в машиностроении?
Белые чугуны имеют высокую твердость (до 450...550 НВ), это определяет их хрупкость; из-за высокой твердости они плохо поддаются обработке резанием. В связи с этим белые чугуны мало применяются в машиностроении.

Детали из белого чугуна целесообразно использовать при работе в условиях повышенного износа, при этом они должны иметь простую форму, получение которой не требует значительной механической обработки (например, шары шаровых мельниц для размола руды). Основное назначение белого чугуна – это переработка на ковкий чугун. Кроме того, ограниченное применение находят отбеленные чугуны. Отбеленные чугуны используют для изготовления валков некоторых прокатных станов, лемехов плугов, тормозных колодок и других деталей.

2. 
   Какие разновидности белых чугунов существуют, и какова их структура?
   

Белые чугуны – это чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Фазовые превращения в белых чугунах при первичной кристаллизации и в твердом состоянии в процессе последующего охлаждения протекают согласно диаграмме "железо – цементит" – белые доэвтектичсские чугуны со структурой перлита, ледебурита перлитового и цементита вторичного; – белый эвтектический чугун со структурой ледебурита перлитового; – белые заэвтектические чугуны со структурой ледебурита перлитового и цементита первичного. С увеличением в чугунах содержания углерода в структуре белых чугунов возрастает количество цементита, который присутствует как в виде самостоятельной фазы (вторичный в доэвтектических и первичный в заэвтектических), так и в составе ледебурита и перлита. В результате заметно возрастают твердость и прочность чугуна при сжатии (асж), но снижаются прочность при растяжении (σΒ) и особенно сильно пластичность (δ). Поэтому содержание углерода в чугунах ограничивается 3,7%, т.е. используются в основном белые доэвтектические чугуны. Отбеливание представляет собой процесс образования белого чугуна в поверхностном слое отливки из серого чугуна. Отбеливание является следствием быстрого охлаждения поверхности отливки, что, препятствует графитизации. Отбеливание происходит при заливке жидкого чугуна в металлическую форму (кокиль); глубина твердого отбеленного слоя составляет 12...30 мм. Его образование может быть:

• 
  – вредным, если отливка в дальнейшем подвергается механической обработке для обеспечения окончательных формы и размеров изготавливаемой детали; в этом случае отбеливание устраняется графитизирующим отжигом, в процессе которого цементит распадается с образованием графита;
  
• 
  – полезным, если полученная литая деталь практически не подвергается резанию и предназначена для работы в условиях, требующих высокой износостойкости.
  

7. Список используемой литературы

Основная:

1. 
   Бондаренко, Г.Г. Материаловедение/Г.Г. Бондаренко, Т.А. Кабанова, В.В. Рыбалко.-М: Юрайте, 2013.-35.
   
2. 
   Волков, Г.М. Материаловедение/Г.М. Волков, В.М.Зуев.-М:Академия, 2008.-398с.
   
3. 
   Плошкин, В.В. Материаловедение/В.В. Плошкин.- М: Юрайте, 2013.-463с.
   

Дополнительная:

1. 
   Солнцев, Ю.П., Пряхин Е.Н. Материаловедение. – СПб.: Химиздат, 2004.–736 с.
   

г. Калининград,

2022