ТКМ. ТКМ КР. Задача При изучении под микроскопом шлифа доэвтектойдного железоуглеродистого сплава было установлено, что доля площади, занятая перлитом составляет 50%. Определить содержание углерода в сплаве. Пользуясь диаграммой состояния железоуглерод
 Скачать 136.2 Kb.
|
|
Задача № 1. При изучении под микроскопом шлифа доэвтектойдного железоуглеродистого сплава было установлено, что доля площади, занятая перлитом составляет 50%. Определить содержание углерода в сплаве. Пользуясь диаграммой состояния «железо-углерод», описать поведение сплава данного состава при охлаждении. Решение: В доэвтектидовых сталях массовая доля углерода определяется по формуле:  где  – площадь поля зрения микроскопа, занимаемая перлитом, %; 0,8 – % C в перлите;  Доэвтектоидный: 0,02…0,8% углерода. Жидкость в процессе первичной кристаллизации в интервале 1 –2 превращается в аустенит. Затем следует охлаждение аустенита (2–3), который при температуре 3 начинает превращаться в феррит вследствие полиморфного превращения железа – gв железо – a. Это превращение продолжается при охлаждении в интервале 3–4, но до конца не происходит. В процессе превращения количество феррита увеличивается и достигает при температуре 4 относительного количества, соответствующего (для данного сплава) отрезку 4–S. Количество аустенита уменьшается, но к концу превращения сохраняется в количестве, равном P–4. Одновременно выделение феррита, содержащего очень мало углерода, вызывает обогащение углеродом остающегося аустенита. Концентрация углерода в аустените изменяется по линии GS и достигает 0,8%. В результате при температуре 4 (727°С) оставшийся аустенит имеет эвтектоидный состав и превращается в перлит. Окончательная структура сплава – феррит и перлит (Ф+П).  Задача № 2. Образец древесины размером 2х2х3 разрушился при нагрузке 12800 Н. Влажность древесины 18%, средняя плотность 680 кг/м3. Определить коэффициент конструктивного качества при влажности 12%. Коэффициент усушки 0,5. Решение: Определяем среднюю плотность древесины при данной влажности по формуле:  где  – средняя плотность древесины при влажности 12%, кг/м3; – средняя плотность древесины при данной влажности, кг/м3;K – коэффициент объемной усушки (в данном случае 0,5) W – влажность древесины в момент определения, %;  Определим предел прочности образца на сжатие:   Определяем предел прочности образца при влажности 12%:  где α – поправочный коэффициент, равный 0,4; W – влажность древесины в момент определения, %;  Определяем коэффициент конструктивного качества:   Вопрос № 1. Плотные автоклавные бетоны: сырье, основы производства, виды изделий, область применения. Автоклавный бетон – это один из видов бетона, имеющий ячеистую структуру. Затвердевание материала происходит в автоклаве при воздействии насыщенного пара и давлении, значительно превышающем атмосферное. Отсюда и происходит его название. Пористость материала приравнивается к 90 процентам, что соответствует дереву. Изготавливается материал с использованием автоклавных камер под давлением, исключительно на больших предприятиях. В состав данного вида газобетона входят известь, гипс, цемент, кварцевый песок, вода и специализированный газообразователь. В качестве последнего используются алюминиевые пасты и пудры. Газообразователь добавляется в смесь компонентов в определенном соотношении, чётко установленном нормами, и температуре, которая не меняется. При этом происходит реакция с выделением водорода, что приводит к многократному увеличению смеси в объёме. Материал приобретает ячеистое строение. В автоклавной камере в течение 10 −12 часов, газобетон получает твёрдую структуру при высоком давлении (выше атмосферного) и температуре не менее 180 градусов Цельсия. Процесс производства напрямую формирует такие свойства материала как высокая прочность, высокие физические и механические характеристики. Автоклавные бетоны имеют широкую область применения и поставляются в виде блоков разных размеров, реже в виде плит, покрытий, перекрытий и перемычек. Вопрос № 2. Классификация и сортамент строительных чугунов и сталей. Основные виды изделий. В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала. В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита. В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом: передельный чугун — П1, П2; передельный чугун для отливок (передельно – литейный) — ПЛ1, ПЛ2, передельный фосфористый чугун – ПФ1, ПФ2, ПФ3, передельный высококачественный чугун – ПВК1, ПВК2, ПВК3; чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм); антифрикционный чугун антифрикционный серый — АЧС, антифрикционный высокопрочный — АЧВ, антифрикционный ковкий — АЧК; чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлиненние (%); чугун легированный со специальными свойствами — Ч. Основными видами изделий из чугуна являются трубы и тоннельные тюбинги, что связано с высокой устойчивостью чугуна к коррозии. Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь. По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода — на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25—0,6% С) и высокоуглеродистые (0,6—2% С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные — до 4% легирующих элементов, среднелегированные — до 11% легирующих элементов и высоколегированные — свыше 11% легирующих элементов. Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. По структуре сталь разделяется на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную и перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную. По степени раскисления и характеру затвердевания — стали спокойные, полуспокойные и кипящие. Вопрос № 3. Опишите явление полиморфизма в железе. Покажите строение и основные характеристики кристаллической решетки для различных модификаций железа. Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или, как их называют, в разных полиморфных модификациях. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа. Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать α, а при более высокой – β, затем γ и т. д. При полиморфном превращении кристаллы (зерна) новой полиморфной формы растут в результате неупорядоченных, взаимно связанных переходов атомов через границу фаз. Отрываясь от решетки исходной фазы (например, β), атомы по одиночке или группами присоединяются к решетке новой фазы (α), и, как следствие этого, граница зерна α – модификации передвигается в сторону зерна β-модификации, «поедая» исходную фазу. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерен исходных кристаллитов. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристаллам исходной модификации. Используя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять сплавы при помощи термической обработки. Железо имеет две полиморфные модификации α и γ. Модификация α – железа существует при температурах ниже 910 °С и выше 1392 °С. В интервале температур 1392–1539 °С α – железо нередко обозначают как δ – железо. Кристаллическая решетка α – железа – объемно центрированный куб с периодом решетки 0,28606 нм. До температуры 768 °С α – железо магнитно (ферромагнитно). γ-железо существует при температуре 910–1392 °С; оно парамагнитно. Кристаллическая решетка γ – железа гранецентрированная кубическая (а = 0,3645 нм при 910 °С). Вопрос № 4. Серые чугуны. Их структура, свойства, маркировка и назначение. Применение чугунов в строительстве. Чугун серый — сплав железа с углеродом, в котором присутствует графит в виде крабовидных, пластинчатых или волокнистых включений. Отдельной разновидностью (группой марок) серого чугуна является высокопрочный чугун с графитом глобулярной формы, что достигается путем его модифицирования магнием (Mg), церием (Ce) или другими элементами. В зависимости от скорости дальнейшего охлаждения после затвердевания (а значит и от размера отливки) чугун может иметь ферритную, феррито – перлитную и чисто перлитную металлическую основу. С ростом скорости охлаждения возрастает доля перлита, а следовательно и прочность чугуна, но падает его пластичность. Для каждой области применения выбирают марку чугуна с оптимальным для этого случая сочетанием свойств. Маркируется серый чугун буквами СЧ, после которых указывают гарантированное значение предела прочности в кг/мм², например СЧ30. Высокопрочные чугуны маркируются буквам ВЧ, после которых указывают прочность и, через тире, относительное удлинение в %, например ВЧ60-2. Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров. Высокая хрупкость, свойственная серым чугунам вследствие наличие в их структуре графита, делает невозможным их применение для деталей, работающих в основном «на растяжение» или «на изгиб»; чугуны используются лишь при работе «на сжатие». Кроме углерода, серый чугун всегда содержит другие элементы, в первую очередь кремний, способствующий образованию графита. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода от 2,9 до 3,7%. Вопрос № 5. Основные виды изделий из древесины и области их применения. Древесина имеет высокий коэффициент конструктивного качества, прочностные показатели, стойкость в агрессивных средах. Склеивание древесины современными полимерными клеями дает возможность получения композиционных материалов. Применение клееных деревянных конструкций, относящихся к легким сборным индустриальным конструкциям, позволяет сократить сроки строительства и снизить его стоимость. Для строительных целей в основном применяют товары первой группы – лесоматериалы, а также композиционные древесные материалы и модифицированную древесину. Пиломатериалы по геометрической форме и размерам поперечного сечения делят на пластины, четвертины, брусья, доски, горбыль. Брусья имеют толщину и ширину более 100 мм; бруски – толщину до 100 мм и ширину более двойной толщины. По характеру обработки пиломатериалы делят на обрезные и необрезные. У необрезных пиломатериалов кромки не пропилены. Изделия из древесины используют в качестве несущих конструкций – балок, арок, рам, ферм. В качестве ограждающих конструкций массового применения изготавливают панели размером 3,0 х 5,0 м. В качестве продольных ребер в таких панелях используют клееные многослойные элементы, в том числе с фанерной волнистой стенкой, гнутые фанерные швеллеры и др. Вопрос № 6. Кровельные материалы на основе органических вяжущих. Материалы на основе битумных, полимербитумных и полимерных связующих – главнейший вид кровельных материалов. К ним относятся самые разные по форме, размерам и физическому состоянию материалы: - мембранные – большеразмерные полотнища (площадью 100…500 м2); - рулонные – полотнища шириной около 1 м и длиной 7…20 м. поставляемые на строительную площадку в рулонах; - мастичные – вязкие жидкости, образующие водонепроницаемую пленку после нанесения на изолируемую конструкцию. Толь – картон, пропитанный и покрытый с двух сторон дегтем. В качестве кровельного материала толь применяют лишь для временных сооружений, так как деготь быстро стареет на солнце и материал разрушается через 2 – 3 года. Более целесообразен толь для гидроизоляции, где отсутствует солнечное излучение и где важную роль играют антисептические свойства дегтя. Рубероид – многослойный материал, получаемый пропиткой кровельного картона легкоплавким битумом и последующим нанесением с обеих сторон слоя тугоплавкого битума, наполненного минеральным порошком. Лицевая сторона рубероида покрывается посыпкой (песком, слюдой, сланцевой мелочью и т.п.), защищающей материал от УФ – излучения; нижняя сторона – порошком из известняка или талька для защиты от слипания слоев в рулоне. Длина рулона 10…20 м. Марки рубероида – РКК – 420; РКЧ – 350 и т.п. Для крыш с малым уклоном промышленность предлагает мягкую черепицу – штучный материал, получаемый на основе традиционных рулонных материалов путем вырубки из полотна фигурных полос, которые при укладке напоминают кровлю из натурального шифера или дранки. Вопрос № 7. Термическая усталость стали. Термическая усталость — это разрушение материала под действием циклических изменений температуры, которые возбуждают переменные температурные напряжения. Однократное изменение температуры с высокой скоростью носит название теплового удара. При тепловом ударе, так же как при термоциклировании, возникшие температурные поля и обусловленные ими температурные напряжения могут привести к разрушению образца. Термическую усталость относят к разновидности малоцикловой низкочастотной усталости. Термическая усталость — малоцикловая низкочастотная усталость, которая характеризуется тем, что возбуждение переменных температурных напряжений в материале обусловливается циклическим изменением температуры. Величина напряжений и деформаций при термоусталостном нагружении зависит от характеристик теплопроводности, теплопередачи и термического расширения материала. Термическая усталость является результатом деформации, которая возникает из-за стесненности термического расширения детали, связанного с возникновением температурных градиентов; термическая усталость может привести к растрескиванию детали. Деформация, порождающая термическую усталость, представляет собой произведение коэффициента термического расширения на изменение температуры. Хорошим способом моделировать термическую усталость является испытание на малоцикловую усталость при постоянной амплитуде деформации. Петля гистерезиса, соответствующая такому методу испытаний, представлена на рис. 7.15. Верхняя часть рис. 7.15 характеризует петлю гистерезиса при испытаниях суперсплавов в обычной отливке. А на нижней части рисунка, относящейся к суперсплавам направленной кристаллизации, показано, что чем ниже модуль упругости, тем уже петля гистерезиса. Такая связь объясняется тем, что, во-первых, предел текучести у низкомодульного сплава направленной кристаллизации равен пределу текучести высокомодульного сплава для обычных отливок и, во-вторых, более низкий модуль упругости требует меньшей пластической деформации, чтобы достигнуть той же самой полной деформации. Разрушение от знакопеременных термоциклических нагрузок— термическая усталость — наблюдается в чистом виде лишь в тех деталях, которые нагружены незначительной дополнительной механической нагрузкой (двухолорные сопловые лопатки газотурбинных установок, ковши для разлива Металла, тормозные элементы колес и т. п.). Повреждающее действие этого вида нагружения в значительно большей мере проявляется в сочетании с внутренним давлением (котлы и трубопроводы энергетического оборудования), центробежными усилиями и вибронагрузками (рабочие лопатки газотурбинных установок), внешними нагрузками (валки прокатных станов) и другими видами усилий. При этом термоциклическое повреждение поверхностных слоев деталей обычно является причиной возникновения первых очагов разрушения, инициирующих дальнейшее развитие трещин от действия статических или циклических усилий. |