Материаловедение задачи с решением

Прежде чем изучать готовые решения задач, нужно знать теорию, поэтому для вас я подготовила полный курс лекций по предмету «материаловедение», после которого, чуть ниже размещены подробные решения задач.

Эта страница подготовлена для студентов любых специальностей и охватывает полный курс предмета «материаловедение».

Если что-то непонятно вы всегда можете написать мне в воцап и я вам помогу!

Основные понятия о материаловедение

Одним из важнейших и широко применяемых строительных материалов в транспортном, гражданском и промышленном строительстве являются стали. Студентам необходимо знать и уметь использовать основные механические и технологические свойства сталей, которые в значительной мере определяются его структурой.

В материаловедение студенты на основе анализа диаграммы состояния «железо — цементит решение задач по материаловедению исследуют фазы,структурные составляющие, микроструктуру доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной углеродистой стали, изучают механические свойства стали:

  • статическую прочность, твёрдость, пластичность и ударную вязкость
  • устанавливают связь между содержанием, структурой углерода и механическими свойствами стали.

В процессе изучения задач по материаловедению студенты вырабатывают навыки анализа фазового и структурного составов стали, характера взаимодействия компонентов в твёрдом состоянии и последовательности фазовых превращений в сталях.

Данная страница с теорией и практикой поможет будущим инженерам строительных специальностей, изучающим дисциплину «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» получить более глубокое представление решении задач по материаловедению.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Предмет материаловедение

Микроскопический анализ металлов и сплавов

Микроскопический анализ металлов и сплавов заключается в исследовании микроструктуры и пороков сталей с помощью оптического или электронного микроскопа.

С помощью микроанализа можно определить количество, форму, размеры отдельных фаз, их взаимное расположение , имеющиеся включения ,микродефекты, следовательно, судить о свойствах металлов и сплавов.

Исследованию подвергаются микрошлифы, приготовленные определённым способом.

Микроскопический анализ состоит из следующих этапов: а) приготовления шлифов, б) травления шлифов, в) исследования микроструктуры металлов и сплавов.

Микрошлифом называют небольшой образец металла, имеющий особо приготовленную поверхность для микроанализа.

После соответствующей шлифовки и полировки образцы подвергают травлению определённым химическим реактивом для выявления микроструктуры сплава.

Микроскопическое исследование приготовленных указанным способом шлифов осуществляется с помощью металлографического микроскопа, который в отличие от биологического позволяет рассматривать прозрачные тела в отражённом свете.

Структура сталей в равновесном состоянии

Сталями называют железоуглеродистые стали с содержанием углерода до решение задач по материаловедению

Основой для определения структурных составляющих железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии является диаграмма состояния системы «железо — цементит»( решение задач по материаловедению)(рис. 1 и 2).

решение задач по материаловедению
решение задач по материаловедению

Под равновесным состоянием сплава понимается такое состояние, когда все фазовые превращения в сплаве полностью закончились в соответствии с диаграммой состояния. Оно достигается при очень медленном охлаждении, со скоростью решение задач по материаловедению в час, т.е при охлаждении вместе с печью.

Структурными составляющими сталей являются феррит, аустенит, цементит и перлит. Простые структурные составляющие сталей: феррит, аустенит и цементит — являются в то же время их фазами.

Железо известно в двух полиморфных модификациях: в виде решение задач по материаловедению — модификации железа (решение задач по материаловедению) и решение задач по материаловедению — модификации железа (решение задач по материаловедению).

Феррит (Ф) — это твёрдый раствор внедрения углерода в a-модификации железа. Он имеет ОЦК-кристаллическую решётку, растворимость в которой мала. Предельная концентрация углерода в феррите составляет решение задач по материаловедению при температуре решение задач по материаловедению, а при комнатной температуре — решение задач по материаловедению.

Аустенит (А) — твёрдый раствор внедрения углерода в решение задач по материаловедению. Имеет ГЦК-решётку. Максимальная растворимость в нём углерода составляет решение задач по материаловедению при температуре решение задач по материаловедению, при решение задач по материаловедению. Аустенит пластичен, но более прочен, чем феррит.

Цементит (Ц) — сложная структурная составляющая, химическое соединение, карбид железа решение задач по материаловедению, с содержанием углерода решение задач по материаловедению. Имеет сложную ромбическую решётку. Цементит очень твёрд (решение задач по материаловедению) и хрупок (решение задач по материаловедению).

Перлит (П) — сложная структурная составляющая, продукт распада аустенита с содержанием углерода решение задач по материаловедению, представляющая собой дисперсную эвтектоидную смесь кристаллов феррита и цементита. По своей структуре ( равномерное распределение одной фазы в другой) перлит напоминает эвтектику, но в отличие от эвтектики, образующейся при затвердевании жидкости, перлит получается при распаде твёрдого раствора и поэтому называется эвтектоидом.

Все точки и линии цементитной диаграммы в области сталей имеют следующие обозначения и физический смысл.

Линия решение задач по материаловедению — геометрическое место критических точек начала образования феррита вследствие перекристаллизации решение задач по материаловедению в решение задач по материаловедению.

Линия решение задач по материаловедению характеризует температуры конца превращения аустенита в феррит.

В соответствии с линиями решение задач по материаловедению и решение задач по материаловедению изменяется состав аустенита и феррита при изменении температуры сплава.

Линия решение задач по материаловедению — линия перлитовых превращений, представляющая собой геометрическое место точек распада аустенита с образованием перлита.

Точка решение задач по материаловедению показывает максимально возможное содержание углерода в решение задач по материаловедению

Линия решение задач по материаловедению характеризует предельную растворимость углерода в аустените в зависимости от температуры.

Точка решение задач по материаловедению показывает максимально возможное содержание углерода в решение задач по материаловедению.

Точка решение задач по материаловедению показывает содержание углерода в решение задач по материаловедению при комнатной температуре. (решение задач по материаловедению).

Линия решение задач по материаловедению характеризует предельную растворимость углерода в феррите в зависимости от температуры.

Линия решение задач по материаловедению показывает изменение растворимости углерода с понижением температуры.

Железоуглеродистые сплавы, содержащие до решение задач по материаловедению углерода (с общим количеством примесей до решение задач по материаловедению) называют техническим железом.

Если углерода в техническом железе меньше решение задач по материаловедению , то при охлаждении в интервале температур между линиями решение задач по материаловедению и решение задач по материаловедению происходит перекристаллизация аустенита в феррит. Однофазная ферритная структура сохраняется вплоть до комнатной температуры.

При содержании углерода более решение задач по материаловедению, после образования феррита, начиная с температуры на линии решение задач по материаловедению, происходит выделение из феррита кристаллов цементита, который получил название третичного цементита (рис.3). Этот процесс вызван уменьшением растворимости углерода в феррите по линии решение задач по материаловедению. Конечная структура будет двухфазной: феррит и третичный цементит, причём цементит располагается в виде прослоек по границам ферритных зёрен (рис.4а). Третичный цементит ухудшает технологическую пластичность железа и его магнитные свойства.

Третичный цементит присутствует при комнатных температурах во всех железоуглеродистых сплавах, содержащих более решение задач по материаловедению углерода. Однако его роль в формировании свойств в сплавах с содержанием углерода более решение задач по материаловедению невелика, так как в таких сплавах есть цементит в большем количестве, выделившийся при других фазовых превращениях, поэтому при рассмотрении структуры таких сплавов о третичном цементите не упоминают.

решение задач по материаловедению

По микроструктуре стали подразделяют на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Доэвтектоидные — это стали с содержанием углерода до решение задач по материаловедению. Они имеют ферритно-перлитовую структуру (Рис. 46 и 5а).

При решение задач по материаловедению решение задач по материаловедению-модификация железа (решение задач по материаловедению) должна переходить в решение задач по материаловедению-модификацию железа (решение задач по материаловедению), однако наличие углерода в кристаллической решётке решение задач по материаловедению расширяет область её устойчивости и аустенит сохраняется при температурах ниже решение задач по материаловедению.

Наименьшая температура, при которой в условиях медленного охлаждения ещё сохраняется аустенит, равна решение задач по материаловедению. При этом в аустените содержится решение задач по материаловедению углерода.

При дальнейшем охлаждении происходит распад твёрдого раствора с образованием феррита и цементита. Продукт распада аустенита, содержащего решение задач по материаловедению углерода называется перлитом и представляет собой равномерную дисперсную смесь феррита с цементитом.

При охлаждении доэвтектоидных сталей распад аустенита начинается с частичной перекристаллизации решение задач по материаловедению в решение задач по материаловедению с образованием феррита, т.е. образующаяся решение задач по материаловедению сохраняет в своей кристаллической решётке не более решение задач по материаловедению углерода (максимальная растворимость углерода в решение задач по материаловедению).

Чем больше углерода содержит аустенит, тем при более низкой температуре начинаются эти превращения при охлаждении доэвтектоидных сталей. За счёт образования феррита оставшийся аустенит обогащаются углеродом, и его состав по мере понижения температуры изменяется по лини решение задач по материаловедению. При температуре решение задач по материаловедению аустенит содержит решение задач по материаловедению углерода и при дальнейшем охлаждении распадается образуя перлит.

При температуре ниже линии перлитовых превращений решение задач по материаловедению (решение задач по материаловедению) доэвтектоидные стали состоят из феррита и перлита.

Эвтектоидные стали содержат решение задач по материаловедению углерода и имеют перлитовую структуру. В них при температуре линии решение задач по материаловедению (решение задач по материаловедению) происходит эвтектоидное превращение, в результате которого из аустенита выделяются феррит концентрации 0,02% углерода и цементит (его называют эвтектоидным). Такую механическую смесь двух фаз называют перлитом. (рис. 4в, 5б и 5в). Эвтектоидное превращение идёт при постоянной температуре и концентрации фаз.

Заэвтектоидные — это стали с содержанием углерода от решение задач по материаловедению до решение задач по материаловедению. Их структура: перлит + вторичный цементит(рис. 4г и 5г).

При охлаждении заэвтектоидных сталей по линии решение задач по материаловедению из твёрдого раствора (аустенита) выделяется цементит вследствие уменьшения растворимости углерода в решение задач по материаловедению с понижением температуры.

Чтобы отличить цементит, образующийся из жидкого раствора при затвердевании сплавов, содержащих более решение задач по материаловедению углерода, от цементита, образующегося при охлаждении аустенита с содержанием углерода более решение задач по материаловедению. принято первый цементит называть первичным, второй — вторичным. Вследствие выделения вторичного цементита уменьшается содержание углерода в оставшемся аустените.

На линии перлитовых превращений аустенит содержит решение задач по материаловедению углерода и при дальнейшем охлаждении распадается с образованием перлита.

Следовательно, ниже линии решение задач по материаловедению в условиях медленного охлаждения ( в равновесном состоянии) стали состоят из следующих структурных составляющих: феррит + перлит (доэвтектоидные стали); перлит (эвтектоидные стали); перлит + цементит вторичный (заэвтекоидные стали)).

решение задач по материаловедению
решение задач по материаловедению

Механические свойства сталей

Механические свойства железа технической чистоты: предел прочности при растяжении (временное сопротивление разрыву) решение задач по материаловедению, предел текучести решение задач по материаловедению, твёрдость по Бринеллю решение задач по материаловедению, относительное удлинение решение задач по материаловедению, относительное сужение решение задач по материаловедению, удельная ударная вязкость (сопротивление динамическим нагрузкам) решение задач по материаловедению.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Лабораторные по материаловедению

Методы определения твёрдости сталей

Твёрдость — это способность материала сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твёрдого тела.

Определение твёрдости является широко применяемым в лабораторных и заводских условиях способом испытаний для характеристики механических свойств металлов.

Твёрдость металлов измеряют путём вдавливания в поверхность металла наконечника, изготовленного из малодеформирующе-гося материала (твёрдая закалённая сталь или алмаз), имеющего форму шарика, конуса или пирамиды).

В результате вдавливания с достаточно большой нагрузкой поверхностные слои металла, находящегося под наконечником и вблизи него, пластически деформируются. После снятия нагрузки остаётся отпечаток

Существует несколько методов определения твёрдости (рис. б).

решение задач по материаловедению

Наиболее распространённым является метод Бринелля , когда в металлический образец под воздействием силы решение задач по материаловедению, внедряется шарик диаметром решение задач по материаловедению (рис. 7 и 8). Число твёрдости по Бринеллю решение задач по материаловедению представляет собой отношение нагрузки решение задач по материаловедению к площади поверхности сферического отпечатка решение задач по материаловедению ( с диаметром решение задач по материаловедению) и измеряется в решение задач по материаловедению или решение задач по материаловедению.

решение задач по материаловедению
решение задач по материаловедению
решение задач по материаловедению

Площадь сферы отпечатка решение задач по материаловедению описывается следующим уравнением

решение задач по материаловедению

Тогда число твёрдости по Бринеллю определяется по формуле

решение задач по материаловедению

где решение задач по материаловедению — нагрузка в решение задач по материаловедению;
решение задач по материаловедению — диаметр шарика в решение задач по материаловедению;
решение задач по материаловедению — диаметр отпечатка.

В практической работе для определения твёрдости не делают вычислений по формуле , а пользуются таблицами, составленными для установленных диаметров шариков, отпечаток и нагрузок. Шарики применяют диаметром решение задач по материаловедению Диаметр шарика и нагрузка выбираются в соответствии с толщиной образца (табл.2). Число твёрдости по Бринеллю, измеренное при стандартном испытании решение задач по материаловедению записывается следующим образом: решение задач по материаловедению

Диаметр отпечатка измеряют при помощи отсчётного микроскопа (лупы Бринелля), на окуляре которого имеется шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра. Измерение проводят с точностью до решение задач по материаловедению в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для определения твёрдости следует принимать среднее значение из полученных величин.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Рефераты по материаловедению

Метод Роквелла

При методе Роквелла (рис. 6) индентором служит алмазный конус (иногда маленький стальной шарик). Числом твёрдости является величина, обратная глубине вдавливания решение задач по материаловедению

Имеются три шкалы. При испытании алмазным конусом под нагрузкой решение задач по материаловедению твердость определяют по шкале решение задач по материаловедению в единицах решение задач по материаловедению, а под нагрузкой решение задач по материаловедению — по шкале решение задач по материаловедению в единицах решение задач по материаловедению. При вдавливании стального шарика при решение задач по материаловедению твёрдость определяют по шкале решение задач по материаловедению в единицах решение задач по материаловедению.

Метод Виккерса

При методе Виккерса (рис. 6) вдавливаеся алмазная пирамида и измерив диагональ отпечатка (решение задач по материаловедению) судят о твёрдости (решение задач по материаловедению).

Метод Бринелля применяют для сравнительно мягких металлов, у которых решение задач по материаловедению,а метод Роквелла с использованием шкалы решение задач по материаловедению для твёрдых сплавов ( например, закалённых сталей).

Между различными методами существует определённая корреляция. По соответствующим таблицам, значения твёрдости полученного одним способом, можно определить, какому числу твёрдости другого метода оно соответствует, в том числе и методу Бринелля. Например, решение задач по материаловедению.

Измерение твёрдости по технике выполнения значительно проще, чем определение прочности, пластичности и вязкости. Измерения твёрдости выполняются быстро, при вдавливании конуса за 30-60 с, а при вдавливании шарика за 1 — 3 мин.

Поэтому весьма часто для определения прочности пользуются простым, не разрушающим образец, методом — измерением твёрдости.

Для доэвтектоиднах сталей существует довольно точная корреляция между прочностью и твёрдостью, а именно решение задач по материаловедению

Возможно эта страница вам будет полезна:

Методические указания по материаловедению

Влияние углерода на свойства стали

Углерод оказывает определяющее влияние на свойства стали.

Увеличение содержания углерода повышает прочность ( до решение задач по материаловедению углерода) и твёрдость стали, однако существенно понижает пластичность и удельную ударную вязкость, повышает порог хладноломкости (рис.9)

С увеличением содержания углерода изменяется структура стали.В равновесном состоянии структура стали представляет смесь феррита и цементита, в которой количество последнего увеличивается пропорционально содержанию углерода.

Зная механические свойства феррита и цементита, можно предположить, как будут меняться механические свойства сталей с изменением содержания углерода. Механические свойства феррита цементита и других структурных составляющих приведены в табл.1.

С увеличением содержания углерода возрастает количество хрупкого и твёрдого цементита, а следовательно повышается хрупкость и твёрдость, понижается пластичность и ударная вязкость стали.

Прочность стали с увеличением количества углерода в начале возрастает, а затем, достигнув максимума примерно при решение задач по материаловедению, начинает понижаться.

решение задач по материаловедению
решение задач по материаловедению

Это объясняется следующим. В доэвтектоидных сталях углерод в виде цементита входит в состав сложной структурной составляющей стали — перлита. При этом цементит располагается в перлите в виде отдельных, не соприкасающихся между собой пластинок, что придаёт перлиту по сравнению с чистым ферритом большие прочность и твёрдость.

Так как с увеличением содержания углерода в доэвтектоидных сталях возрастает количество перлита, то и прочность стали повышается.

В структуре же заэвтектоидных сталей входит вторичный цементит, который располагается оболочками вокруг зёрен перлита (рис.4г, 5г и 10в), образуя хрупкую сетку. Чем больше содержание углерода в заэвтектоидной стали, тем непрерывнее и толще сетка вторичного цементита, тем больше хрупкость стали и меньше её прочность.

Феррит малопрочен и пластичен. Цементит твёрд и хрупок. В связи с этим по мере повышения концентрации углерода повышается прочность и твёрдость, снижаются пластичность и вязкость стали

На механические свойства заэвтектоидных сталей сильное влияние оказывает вторичный цементит, образующий хрупкий каркас вокруг зёрен перлита. Под нагрузкой этот каркас преждевременно разрушается, вызывая снижение прочности сталей, у которых содержание углерода свыше решение задач по материаловедению. Именно при таком количестве углерода хрупкая сетка вторичного цементита приобретает сплошной характер.

Углерод изменяет технологические свойства стали: обрабатываемость резанием, давлением, свариваемость.

Увеличение содержания углерода вследствие упрочнения и ухудшения теплопроводности ведёт к снижению обрабатываемости резанием. С увеличением содержания углерода снижается технологическая пластичность — способность деформироваться в горячем и особенно в холодном состоянии. Для сложной холодной штамповки содержание углерода ограничивают решение задач по материаловедению.

Углерод затрудняет также свариваемость стали. Сварка средне- и особенно высокоуглеродистых сталей требует применения подогрева, замедленного охлаждения и других технологических операций, предупреждающих образование горячих и холодных трещин.

По микроструктуре углеродистой стали в равновесном состоянии можно определить содержание углерода следующим способом (рис.10).

решение задач по материаловедению

Структура доэвтектоидной стали феррит и перлит. Феррит содержит решение задач по материаловедению углерода, а перлит — решение задач по материаловедению.

Поэтому, если известно количество феррита и перлита в общей массе металла, можно определить содержание углерода в стали умножением относительной площади ( в процентах) феррита и перлита, занимаемой каждой из этих структурных составляющих на просматриваемом поле шлифа.

Аналогично рассчитывают содержание углерода в заэвтектоидной стали, имея в виду, что её структура перлит и цементит, а цементит содержит решение задач по материаловедению углерода.

Этот расчёт можно произвести по формулам:

а) для доэвтектоидной стали

решение задач по материаловедению

б) для заэвтектоидной стали

решение задач по материаловедению

где Ф, П и Ц — относительная площадь (в решение задач по материаловедению), занимаемая соответственно ферритом, перлитом и цементитом на поле шлифа.

Экспериментально определив твёрдость по Бринеллю (решение задач по материаловедению) углеродистой доэвтектоидной стали , можно довольно точно установить прочность этой стали при растяжении (решение задач по материаловедению) по формуле решение задач по материаловедению, а содержание в ней углерода по формуле

решение задач по материаловедению

Возможно эта страница вам будет полезна:

Учебник по материаловедению

Задачи и правила их решения

Тема данных задач — «Микроструктура сталей и влияние углерода на механические свойства сталей».

Это стандартная тема которую студенты проходят в течении 1 и 2 курса.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Задачи по материаловедению

Задача №1

  • изучить диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов и начертить её часть , относящуюся к области сталей;
  • охарактеризовать фазы и структурные составляющие сталей;
  • исследовать типичные равновесные структуры углеродистых сталей;
  • исследовать механические свойства стали: статическую прочность, твёрдость, пластичность, удельную ударную вязкость;
  • изучить методику определения твёрдости стали по Бринеллю;
  • установить влияние содержания углерода на структуру и механические свойства стали;
  • определить концентрацию углерода в каждом шлифе сталей;
  • ознакомиться с процессом приготовления микрошлифов, устройством металлографического микроскопа и методикой работы на нём.

Решение:

1) Вычертить в масштабе график зависимости механических свойств стали от содержания углерода.

2) Зарисовать микроструктуру феррита, двух доэвтектоидных сталей, эвтектоидной стали и заэвтектоидной стали.

решение задач по материаловедению

3) Определить содержание углерода в каждой из зарисованных структур стали по следующим формулам для доэвтектоидной стали:

решение задач по материаловедению

для заэвтектоидной стали:

решение задач по материаловедению

4) Дать определение твёрдости материала.

5) Зарисовать схему определения твёрдости металла по способу Бринелля.

6) Привести таблицу норм испытаний по Бринеллю для стали и чугуна(табл. 5 )

7) Определить твёрдость по Бринеллю (решение задач по материаловедению) шести стальных образцов с различным содержанием углерода. Результаты испытаний занести в табл 2.

8) Перенести полученные значения твёрдости в табл.3. Рассчитать содержание углерода (решение задач по материаловедению)и прочность при растяжении (решение задач по материаловедению) для всех испытанных образцов, используя следующие формулы

решение задач по материаловедению

9) Построить график зависимости прочности при растяжении и твёрдости стали от содержания углерода (рис. 11)

решение задач по материаловедению
решение задач по материаловедению
решение задач по материаловедению

Точность вычислений: содержание углерода — решение задач по материаловедению; прочность — решение задач по материаловедению; твёрдость — решение задач по материаловедению.

решение задач по материаловедению

Возможно эта страница вам будет полезна:

Примеры решения задач по материаловедению

Задача №2

Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы.

Опишите превращения, происходящие при охлаждении сплава с указанным количеством углерода, укажите содержание углерода в образующихся фазах.

Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Решение:

Сплав, содержащий решение задач по материаловедению

Указанный сплав отмечен вертикальной линией, на диаграмме железо-цементит.

Диаграмму состояния железо-цементит представим на рисунке 1.

решение задач по материаловедению
  1. Сплав, содержащий решение задач по материаловедению углерода-сталь 50

Кривую охлаждения сплава, содержащего решение задач по материаловедению представим на рисунке 2.

Опишем процессы, происходящие при охлаждении сплава.

До температуры 1 сплав находится в жидком состоянии, происходит охлаждение расплава.

Правило фаз: решение задач по материаловедению

При температуре 1 из расплава начинает выделяться Феррит (Ф). На участке 1-2 сплав будет иметь структуру Ф+Ж.

Правило фаз. решение задач по материаловедению

В точке 2 происходит перитектическая реакция Ж + Ф решение задач по материаловедениюА (участок 2-2′), решение задач по материаловедению

От точки 2’до точки 3 сплав находится в состоянии двух фаз — А+Ж. решение задач по материаловедению

В точках от 3 до 4 сплав имеет однофазную Аустенитную (А) структуру. решение задач по материаловедению

В точке 4 из Аустенита (А) начинает выделяться вторичный Феррит (Ф) и этот процесс продолжается до точки 5. решение задач по материаловедению

В точке 5 происходит эвтектоидное превращение, при котором Аустенит распадается на Перлит (П) — механическую смесь Феррита и Цементита (Арешение задач по материаловедению П (Ф + ЦП), в результате при комнатной температуре сплав имеет структуру Перлита и избыточного Феррита (участок 5-5′). решение задач по материаловедению

Ниже точки 5 сплав имеет двухфазную структуру П+Ф, которая охлаждается без ка-ких-либо изменений и без выделения скрытой теплоты. решение задач по материаловедению

При комнатной температуре сплав имеет структуру (П+Ф) — перлит +феррит. Сплав, содержащий решение задач по материаловедению углерода-доэвтектоидная сталь 50

решение задач по материаловедению
решение задач по материаловедению

Задача №3

Изобразите диаграммы состояния двойных систем для случаев образования устойчивых и неустойчивых химических соединений. Дайте необходимые пояснения к диаграммам. Что такое эвтектика?

Решение:

Химическое соединение характеризуется определенным соотношением компонентов, а это отражается на диаграмме вертикальной линией, проходящей на оси абсцисс через точку, отвечающую соотношению компонентов в химическом соединении. Если компоненты решение задач по материаловедению и решение задач по материаловедению образуют химическое соединение решение задач по материаловедению, то, следовательно, на n+ m его атомов приходится решение задач по материаловедению атомов решение задач по материаловедению и решение задач по материаловедению атомов решение задач по материаловедению. Определенному атомному соотношению соответствует и определенное соотношение по массе.

Химическое соединение устойчиво, если его можно нагреть без разложения до расплавления, и неустойчиво, если при нагреве оно разлагается. В зависимости от этого могут быть два вида диаграмм. Кроме того, возможно образование нескольких химических соединений между двумя компонентами, а также растворимость на базе химического соединения — эти обстоятельства также находят отражение в диаграмме состояния.

Диаграмма с устойчивым химическим соединением

решение задач по материаловедению

Предположим, что оба компонента образуют одно устойчивое соединение решение задач по материаловедению, причем и это соединение, и чистые компоненты не образуют в твердомсостоянии растворов.

Компонентами системы являются вещества решение задач по материаловедению и решение задач по материаловедению, а твердыми фазами — решение задач по материаловедению, решение задач по материаловедению и решение задач по материаловедению. Из четырех возможных в этой системе фаз могут сосуществовать три решение задач по материаловедению или решение задач по материаловедениюрешение задач по материаловедению, решение задач по материаловедению.

Это химическое соединение устойчиво, поэтому оно может быть нагрето без разложения до своей температуры плавления (точка решение задач по материаловедению). Химическое соединение плавится при постоянной температуре. Плавление химического соединения при постоянной температуре вполне соответствует правилу фаз. Химическое соединение можно рассматривать как однокомпонентную систему (один компонент — химическое соединение ), тогда при плавлении решение задач по материаловедениюрешение задач по материаловедению

решение задач по материаловедению

В отличие от диаграммы с устойчивым химическим соединением на рис. 1 приведена диаграмма состояний, где два компонента образуют неустойчивое химическое соединение, которое при нагреве до определенной температуры (решение задач по материаловедению) разлагается на жидкость и один из компонентов, т. е. не расплавляется полностью.

На линии решение задач по материаловедению находятся в равновесии три фазы: жидкость концентрации решение задач по материаловедению, кристаллы компонента решение задач по материаловедению и кристаллы химического соединения решение задач по материаловедению.

При нагреве неустойчивое химическое соединение решение задач по материаловедению распадается на жидкость концентрации решение задач по материаловедению и кристаллы решение задач по материаловедению.При охлаждении, следовательно, произойдет обратная реакция:

решение задач по материаловедению

Реакция эта подобна псритектичсской; жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами, но образует не новый твердый раствор, как в случае псритектичсской реакции, а химическое соединение.

Процесс кристаллизации сплава решение задач по материаловедению в равновесных условиях будет протекать следующим образом. В точке 1 начинается кристаллизация, выпадают кристаллы решение задач по материаловедению, и концентрация жидкости изменяется по кривой 1— решение задач по материаловедению. B точке 2 при постоянной температуре образуется неустойчивое химическое соединение по уравнению, приведенному выше. По окончании реакции в избытке остается жидкость, которая кристаллизуется с выделением соединения решение задач по материаловедению до тех пор, пока концентрация жидкости не достигнет точки решение задач по материаловедению. Тогда оставшаяся жидкость кристаллизуется в эвтектику, состоящую из кристаллов решение задач по материаловедению и химического соединения. Следовательно, на кривой будем иметь две площадки: верхнюю, соответствующую образованию неустойчивого химического соединения, и нижнюю, соответствующую образованию эвтектики решение задач по материаловедению

Эвтектика (от греческого eutektos — легко плавящийся) тонкая смесь твердых веществ, одновременно начинающих кристаллизоваться из расплавов при температуре менее решение задач по материаловедению, отдельных компонентов или любых других их смесей (рис. Э-1). Примером эвтектики может служить, например, ледебурит.

Задача №4

Как изменяются структура и свойства стали решение задач по материаловедению и решение задач по материаловедению в результате закалки от температуры решение задач по материаловедению и решение задач по материаловедению (объясните с применением диаграммы состояния «железо-цементит»).

Решение:

Исходная структура среднеуглеродистой конструкционной стали задачи по материаловедению с решением до нагрева под закалку — перлит + феррит.

Критические точки для стали задачи по материаловедению с решением: задачи по материаловедению с решением

При нагреве до задачи по материаловедению с решением в стали задачи по материаловедению с решением не происходят аллотропические превращения и мы имеем ту же структуру — перлит + феррит, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + феррит с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку. Например, после нормализации: задачи по материаловедению с решениемзадачи по материаловедению с решением

Если доэвтектоидную сталь нагреть выше задачи по материаловедению с решением, но ниже задачи по материаловедению с решением, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры задачи по материаловедению с решением (ниже точки задачи по материаловедению с решением) структура стали задачи по материаловедению с решением — аустснит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали — мартенсит + феррит.

Доэвтектоидныс стали для закалки следует нагревать до температуры на задачи по материаловедению с решением выше задачи по материаловедению с решением. Температура нагрева стали под закалку, таким образом, составляет задачи по материаловедению с решением. Структура стали задачи по материаловедению с решением при температуре нагрева под закалку — аустснит, после охлаждения со скоростью выше критической — мартенсит.

Нагрев и выдержка стали задачи по материаловедению с решением при температуре выше задачи по материаловедению с решением приводит к росту зерна и ухудшению механических свойств стали после термической обработки. Крупнозернистая структура вызывает повышенную хрупкость стали.

Исходная структура высокоуглеродистой инструментальной стали задачи по материаловедению с решением до нагрева под закалку — перлит + карбиды.

Критические точки для стали задачи по материаловедению с решением.

При нагреве до задачи по материаловедению с решением в стали задачи по материаловедению с решением не происходят аллотропические превращения и мы имеем ту же структуру — перлит + карбиды, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + карбиды с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.

Оптимальный режим нагрева под закалку для заэвтектоидных сталей задачи по материаловедению с решением составляет задачи по материаловедению с решением, т.е. для задачи по материаловедению с решением. При этом после закалки имеем мелкое зерно, обеспечивающее наилучшие механические свойства стали задачи по материаловедению с решением.

Нагрев и выдержка стали задачи по материаловедению с решением при температуре задачи по материаловедению с решением перед закалкой приводит к росту зерна и ухудшению механических свойств стали после термической обработки.

Задача № 5

Для детали задана определенная марка стали. Укажите состав и определите, к какой группе по назначению относится данная сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической или химико-термической обработки.

Решение:

Данные по маркам сталей:

задачи по материаловедению с решением

задачи по материаловедению с решением — Сталь конструкционная подшипниковая, содержащая задачи по материаловедению с решениемзадачи по материаловедению с решением

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Хром замедляет превращение аустенита в перлит и тем самым увеличивает прокаливаемость стали, поэтому, чем крупнее детали подшипников, тем с большим содержанием хрома задачи по материаловедению с решением применяют сталь для их изготовления.

Кроме того, высокая твердость карбидов хрома повышает износостойкость стали. Хром увеличивает устойчивость мартенсита против отпуска, уменьшает склонность стали к перегреву и придаст ей мелкозернистую структуру. Но при высоком содержании хрома задачи по материаловедению с решением трудно получить однородную структуру, поэтому содержание хрома в шарикоподшипниковых сталях обычно не превышает задачи по материаловедению с решением.

Марганец, как и хром, увеличивает твердость и сопротивляемость стали истиранию. Но одновременно он способствует росту зерна при нагреве, в результате чего при термической обработке может образовываться крупнозернистая структура перегретой стали.

Повышенное содержание марганца и кремния в этой стали объясняется тем, что эти элементы уменьшают критическую скорость закалки, снижая тем самым склонность стали к короблению и тещинообразованию при закалке.

Термическая обработка деталей шарикоподшипника из стали задачи по материаловедению с решением состоит из двух основных операций — закалки и низкого отпуска. Закалку проводят в масле, температура нагрева задачи по материаловедению с решением с последующим отпуском при задачи по материаловедению с решением в течение задачи по материаловедению с решением, что обеспечивает получение твердости не ниже задачи по материаловедению с решением.

Структура стали после термообработки отпущенный очень мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными избыточными карбидами, (рисунок 5.)

задачи по материаловедению с решением

Несоблюдение правильных температурных режимов термической обработки, которые задаются в узких пределах, ухудшает качество подшипников, что отражается на их стойкости в работе.

Задача № 6

Расшифруйте марки заданных материалов; оцените свариваемость материала; опишите процессы, происходящие в зоне шва и околошовной зоне. Отметьте, в чем заключается особенность технологии и техники сварки данного материала. Выберите и обоснуйте метод сварки. Рассчитайте режимы, нарисуйте разделку кромок шва, выберите оборудование для сварки и укажите основные характеристики. Выберите и опишите методы контроля сварного соединения.

задачи по материаловедению с решением

Решение:

Сталь задачи по материаловедению с решением — конструкционная легированная, высококачественная; свариваемость стали — ограниченно свариваемая. Рекомендуемые способы сварки: ручная дуговая сварка и аргонно-дуговая сварка под флюсом. Химический состав стали представим в таблице 1. Таблица 1. Химический состав стали задачи по материаловедению с решением.

задачи по материаловедению с решением

Дуговая сварка металла это сварка плавлением, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплом электрической дуги. Способ позволяет без замены сварочного инструмента и оборудования (при правильно выбранном сварочном режиме) выполнять швы различных типов и назначения, а также вести сварку в любом пространственном положении и в труднодоступных местах.

Устойчивый процесс сварки обеспечивается непрерывной подачей конца электрода в зону горения дуги без значительных отклонений ее длины. При длинной дуге усиливается окисление электродного металла, увеличивается разбрызгивание, снижается глубина провара, шов получается со значительными включениями оксидов. Основной объем работ выполняют при токе задачи по материаловедению с решением и напряжении дуги задачи по материаловедению с решением.

Возбуждение (зажигание) дуги 3 (рие.10) происходит при кратковременном замыкании электрической сварочной цепи, для чего сварщик прикасается к свариваемому металлу 1 концом электрода 5 и быстро отводит его на расстояние задачи по материаловедению с решением. В этот момент возникает электрическая дуга, устойчивое горение которой поддерживают поступательным движением электрода (вдоль оси) по мере его плавления. Дугу возбуждают также скользящим движением конца электрода по поверхности свариваемого металла (чирканием) с быстрым отводом его на необходимое расстояние.

задачи по материаловедению с решением

В процессе сварки электрод перемещают: по направлению к изделию по мере плавления электрода; вдоль соединения; поперек соединения для получения необходимых формы и сечения шва.

Процессы, происходящие в зоне шва и околошовной зоне.

Процесс кристаллизации шва начинается сразу после отвода дуги от свариваемого участка. Застывание металла происходит в направлении, обратном отводу тепла в структуру основной поверхности, начиная от краев сварочной ванны к ее центру. Средняя скорость кристаллизации и скорость сварки равны. По границам шва формируются кристаллиты наплавляемого и основного металла, обеспечивающие монолитность строения слоев и прочность соединения.

Образование шва и околошовной зоны.

Остановка начального процесса кристаллизации происходит достаточно быстро, при остывании шва на задачи по материаловедению с решением, то есть до температуры задачи по материаловедению с решением. После его завершения в структуре металла не происходит никаких изменений до его остывания до задачи по материаловедению с решением, когда металл начинает выходить из аустенитной формы.

Затем происходит процесс вторичной кристаллизации в структуре строения шва и прилегающем к нему основном металле. Он также протекает в коротком температурном диапазоне. Структура сварного шва становится стабильной по достижении им температуры в задачи по материаловедению с решением.

Кристаллиты сварочного шва имеют столбчатое строение структуры, характерное для процесса литья металла. Этот вид кристаллизации способствует вытеснению газовых и шлаковых фракций.

Рассчитаем режимы дуговой сварки

Исходные данные:

Свариваемый материал: задачи по материаловедению с решением

Тип сварного соединения -встык

Расположение шва в пространстве — вертикальный.

Толщина свариваемых деталей: задачи по материаловедению с решением.

Стыковые соединения с толщиной свариваемых деталей задачи по материаловедению с решением выполняются с односторонней разделкой кромок.

На рисунке 9 приведем эскиз соединения

задачи по материаловедению с решением

На рисунке 10 представим эскиз разделки кромок

задачи по материаловедению с решением

Диаметр электрода выбираем в зависимости от толщины свариваемых деталей. При заданной толщине принимаем задачи по материаловедению с решением

Определим площадь сечения одностороннего стыкового шва выполненного без зазора можно определить по формуле:

задачи по материаловедению с решением

где задачи по материаловедению с решением — ширина шва, мм; задачи по материаловедению с решением — высота усиления шва, мм; задачи по материаловедению с решением — толщина свариваемого металла, мм; задачи по материаловедению с решением — величина зазора в стыке, мм.

Площадь поперечного сечения шва найдем из расчетной схемы (рисунок 11).

задачи по материаловедению с решением

Согласно ГОСТ 5264-80 задачи по материаловедению с решением

задачи по материаловедению с решением

При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать задачи по материаловедению с решением и может быть определено по формуле:

задачи по материаловедению с решением

где задачи по материаловедению с решением — площадь поперечного сечения первого прохода, задачи по материаловедению с решением;

задачи по материаловедению с решением — диаметр электрода, мм.

задачи по материаловедению с решением

Следовательно принимаем 1 проход.

Расчет сварочного тока при ручной дуговой сварке производим по диаметру электрода и допускаемой плотности тока по формуле:

задачи по материаловедению с решением

где задачи по материаловедению с решением — допустимая плотность тока, задачи по материаловедению с решением — площадь поперечного сечения электрода, задачи по материаловедению с решением; задачи по материаловедению с решением — диаметр электрода, мм.

Допустимая плотность тока зависит от диаметра электрода и вида покрытия: чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения. Допустимая плотность тока в электроде при ручной дуговой сварке задачи по материаловедению с решением

задачи по материаловедению с решением

Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке изменяется в пределах задачи по материаловедению с решением и при проектировании технологических процессов ручной дуговой сварки не регламентируется. Поэтому напряжение на дуге принимаем задачи по материаловедению с решением.

Скорость перемещения дуги (скорость сварки) определяем по формуле:

задачи по материаловедению с решением

где задачи по материаловедению с решением — коэффициент наплавки, задачи по материаловедению с решением — плотность наплавленного металла за данный проход, задачи по материаловедению с решением (задачи по материаловедению с решением — для стали); задачи по материаловедению с решением — сила сварочного тока, задачи по материаловедению с решением — площадь поперечного сечения наплавленного металла, задачи по материаловедению с решением.

задачи по материаловедению с решением

Результаты расчетов режима сварки представим в таблице 2

задачи по материаловедению с решением

Выбираем оборудование для сварки. Принимаем трансформатор передвижной задачи по материаловедению с решением. Параметры трансформатора: сварочный ток задачи по материаловедению с решением, номинальное рабочее напряжение задачи по материаловедению с решением.

задачи по материаловедению с решением — сталь конструкционная легированная, высококачественная. Свариваемость без ограничений. Химический состав стали представим в таблице 3. Таблица 3. Химический состав стали задачи по материаловедению с решением

задачи по материаловедению с решением

Газовая сварка конструкционной легированной стали

Низколегированные хромокремнемарганцовистые обладают хорошей прочностью, упругостью, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки, но менее теплоустойчивы, чем хромомолибденовыс стали. Эти стали содержат задачи по материаловедению с решением и задачи по материаловедению с решением. При газовой сварке этих сталей хром и кремний частично выгорают, что может привести к появлению в сварном шве оксидов, шлаков и непроваров.

Для предупреждения окисления легирующих добавок сварку проводят нормальным пламенем. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена задачи по материаловедению с решением задачи по материаловедению с решением на 1 мм толщины свариваемого металла.

В качестве присадочного металла для неответственные конструкций применяют низкоуглсродистую сварочную проволоку задачи по материаловедению с решением и задачи по материаловедению с решением, а для ответственных конструкций-сварочную проволоку, задачи по материаловедению с решением, задачи по материаловедению с решением, задачи по материаловедению с решением и задачи по материаловедению с решением.

Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. Кромки свариваемых деталей должны быть тщательно очищены от загрязнений и подогнаны под сварку так, чтобы зазор по всей длине шва был одинаковым.

Металлургические процессы при газовой сварке

Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются следующими особенностями: малым объемом ванны расплавленного металла; высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; Большой скоростью расплавления и остывания метла; интенсивным перемешиванием металла гладкой ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой; химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.

Основными в сварочной ванне являются реакции окисления и восстановления. Наиболее легко окисляются магний, алюминий, обладающие большим сродством к кислоро-

Окислы этих металлов не восстанавливаются водородом и окисью углерода, поэтому при сварке металлов необходимы специальные флюсы. Окислы железа и никеля, наоборот хорошо восстанавливаются окисью углерода и водородом пламени, поэтому при газовой сварке этих металлов флюсы не нужны.

Водород способен хорошо растворятся в жидком железе. При быстром остывании сварочной ванны он может остаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению, например с дуговой. Поэтому при газовой сварке углеродистой стали, весь водород успевает уйти из металла шва и последний получится плотным.

Структурные изменения в металле при газовой сварке

Вследствие более медленного нагрева зона влияния при газовой сварке больше чем при дуговой. Слои основного металла, непосредственно примыкающие к сварочной ванне непрерывны и приобретают крупнозернистую структуру.

В непосредственной близости к границе шва находится зона неполного расплавления. Основного металла с крупной структурой, характерной для не нагретого металла. В этой зоне прочность металла ниже, чем прочность металла шва, поэтому здесь обычно и происходит разрушение сварного соединения.

Далее расположен участок, нерекристализации, характеризуемый так же крупнозернистой структурой, для которого задачи по материаловедению с решением плавления металла, не выше задачи по материаловедению с решением. Последующие участки нагреваются до более низких температур и имеют мелкозернистую структуру, нормализованной стали.

Для улучшения структуры и свойств металла шва и околошовной зоны иногда применяют горячую проковку шва и местную термообработку нагревом сварочным пламенем или общую термообработку с нагревом в печи.

Расчет режимов газовой сварки

Исходные данные:

Свариваемый материал: задачи по материаловедению с решением

Тип сварного соединения -встык

Расположение шва в пространстве — потолочный.

Толщина свариваемых деталей: 20мм.

Стыковые соединения с толщиной свариваемых деталей 20мм выполняются с односторонней разделкой кромок.

На рисунке 12 приведем эскиз соединения

задачи по материаловедению с решением

На рисунке 13 представим эскиз разделки кромок

задачи по материаловедению с решением

Режимы газовой сварки определяют:

  • мощностью сварочного пламени
  • углом наклона присадочного материала и мундштука горелки
  • диаметром присадочного материала
  • скоростью сварки.

Мощность сварочного пламени напрямую зависит от расхода горючего газа и для ацетиленовой сварки ее приближенно можно определить по формуле:

задачи по материаловедению с решением

где задачи по материаловедению с решением — мощность пламени, определяема расходом ацетилена, задачи по материаловедению с решением; задачи по материаловедению с решением — толщина свариваемого материала, задачи по материаловедению с решением; задачи по материаловедению с решением — коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от вида свариваемого материала, для низкоуглеродистой стали стали задачи по материаловедению с решением, принимаем задачи по материаловедению с решением

задачи по материаловедению с решением

Угол наклона мундштука сварочной горелки при толщине свариваемых листов задачи по материаловедению с решением, принимаем задачи по материаловедению с решением

Марку присадочной проволоки принимаем задачи по материаловедению с решением.

Подбираем диаметр присадочного материала в зависимости от толщины свариваемых деталей и метода наложения шва. При толщине металла более задачи по материаловедению с решением присадочный материал берут диаметром задачи по материаловедению с решением.

Принимаем диаметр присадочной проволоки принимаем равным задачи по материаловедению с решением.

Определяем скорость сварки.

задачи по материаловедению с решением

где задачи по материаловедению с решением — коэффициент, зависящий от свойств материала, задачи по материаловедению с решением, задачи по материаловедению с решением — толщина свариваемого металла, задачи по материаловедению с решением.

задачи по материаловедению с решением

Выбираем способ сварки

Низколегированную сталь сваривают правой сваркой, так как толщина свариваемого материала более задачи по материаловедению с решением

Результаты расчета режима сварки занесем в таблицу 4.

задачи по материаловедению с решением

Оборудование для газовой сварки алюминия.

Принимаем ацетиленовый генератор задачи по материаловедению с решением — однопостовой, с одной ретортой, прерывистого принципа действия.

В качестве метода контроля сварного соединения применяем один из методов неразрушающего контроля — внешний осмотр . Внешнему осмотру подвергается задачи по материаловедению с решением сварных соединений. Осмотр выполняется невооруженным глазом или с помощью лупы, используя шаблоны и мерительный инструмент. При этом проверяются геометрические размеры швов, наличие подрезов, трещин, непроваров, кратеров и других наружных дефектов.

Задача № 7

По эскизу детали (рисунок 2) разработать эскизы элементов литейной формы, модельных плит, стержневого ящика и собранной литейной формы. Опишите последовательность изготовления формы одним из методов машинной формовки.

Решение:

Исходные данные

задачи по материаловедению с решением

Разработка технологии изготовления литой заготовки

Применяем способ литья — литье в песчано-глинистые формы. Так как деталь имеет простую форму, согласно рекомендациям, принимаем класс точности отливки задачи по материаловедению с решением ряд припусков. В соответствии с ГОСТ 26645-85 это означает, что отливка 8-го класса точности размеров, 8-го класса точности массы.

Оценка технологичности конструкции детали

Заданная деталь имеет небольшие размеры и простое устройство. Это позволяет выполнить ее цельнолитой. Внешнее очертание детали простое и не требует изменений. Замкнутые внутренние полости отсутствуют. Имеющееся сквозное отверстие, выполняется при помощи стержня, имеет достаточные выходы для знаковых частей и стержень надежно фиксируется в форме.

Минимальная толщина стенки 22 мм. Эта толщина вполне обеспечивает благополучное заполнение формы жидким металлом.

Разработка модельно — литейных указаний

Определение положения отливки в форме

Для данной конструкции детали наиболее целесообразно принять положение отливки в форме, как показано на рисунке 3.

задачи по материаловедению с решением

При этом варианте легко устанавливается стержень, имеется возможность его надежного закрепления и контроля всех размеров полости формы.

Определение данных для модельно-литейных указаний и чертежа отливки

Назначаем припуски на механическую обработку, допускаемые отклонения на размеры отливки, припуски на усадку. Допуски на размеры отливки, припуски на механическую обработку выбраны по ГОСТ 26645-85 по 8-му классу точности размеров и 4-му ряду припусков на механическую обработку и литья в песчаные формы отливок, максимальный размер которых менее задачи по материаловедению с решением.

Припуски назначаются на поверхности, подвергаемые механической обработке, и отмеченные на чертеже значком задачи по материаловедению с решением. Значение линейной усадки металла принимаем задачи по материаловедению с решением.

Результаты определения размеров отливки, модели, стержня сведены в табл. 1.

задачи по материаловедению с решением

Формовочные уклоны и галтели

Формовочные уклоны на моделях выполняются согласно ГОСТ 3212-80. Для размера модели задачи по материаловедению с решением — уклон задачи по материаловедению с решением.. Этот уклон выполняется в сторону увеличения размера отливки.

Определение радиуса закругления (галтели)

Толщина сопрягаемых стенок задачи по материаловедению с решением. При этом радиус галтели засчитываем по соотношению:
Результаты определения размеров отливки, модели, стержня

задачи по материаловедению с решением

Принимаем радиус галтелей из стандартного ряда. По ГОСТ 2716-44 задачи по материаловедению с решением.

Определение количества стержней, стержневых знаков и их конфигурации

Имеющаяся внутренняя полость отливки может быть выполнена при помощи одного стержня, по положению в форме он будет горизонтальным.

Размеры и уклоны знаковых частей стержней определяем по ГОСТ 3606-80. Размеры задачи по материаловедению с решением и задачи по материаловедению с решением являются исходными для выбора высоты знака. В соответствии с ГОСТЗ6О6-8О задачи по материаловедению с решением. Формовочный уклон знака составит задачи по материаловедению с решением, задачи по материаловедению с решением.

Боковой зазор между знаком формы и стержнем для модельного комплекта II класса точности из дерева согласно рекомендациям задачи по материаловедению с решением. зазор по высоте согласно этой же таблице задачи по материаловедению с решением.
Эскиз стержня с расчетными размерами показан на рис. 4.

задачи по материаловедению с решением

Эскиз стержневого ящика представим на рисунке 5.

На основании расчетов и данных, выбранных по таблицам, выполняем эскиз детали с модельно-литейными указаниями (рис.6) и на его основе составляем эскиз отливки, который изображен на рис. 7.

задачи по материаловедению с решением
задачи по материаловедению с решением
задачи по материаловедению с решением

Расчет элементов литниковой системы

Для расчета литниковой системы необходимо определить массу жидкого металла, заливаемого в форму.

Объем полости формы определяем по размеру модели и стержня. Для упрощения расчета принимаем, что полость формы состоит из двух пустотелых цилиндров. На рис. 10 дан упрощенный эскиз полости формы

задачи по материаловедению с решением
задачи по материаловедению с решением

где задачи по материаловедению с решением — общий объем полости формы; задачи по материаловедению с решением — объемы пустотелых цилиндров. Объем первого пустотелого цилиндра

задачи по материаловедению с решением

Объем второго пустотелого цилиндра

задачи по материаловедению с решением

Объем третьего пустотелого цилиндра

задачи по материаловедению с решением

Таким образом,

задачи по материаловедению с решением

Принимая удельную массу жидкой стали задачи по материаловедению с решением, вычисляем массу жидкого металла в форме:

задачи по материаловедению с решением

Определим суммарное сечение питателей:

задачи по материаловедению с решением

где задачи по материаловедению с решением — масса заливаемого в форму металла, кг; задачи по материаловедению с решением — коэффициент расхода (общее гидравлическое сопротивление формы движущемуся расплаву); задачи по материаловедению с решением — объемная масса жидкого металла, задачи по материаловедению с решением — ускорение свободного падения задачи по материаловедению с решением — расчетный напор, см.

задачи по материаловедению с решением

согласно рекомендациям, принимаем количество питателей:2
Тогда площадь питателя задачи по материаловедению с решением

Руководствуясь ориентировочными соотношениями частей литниковой системы

задачи по материаловедению с решением

Площадь поперечного сечения стояка

задачи по материаловедению с решением

Площадь поперечного сечения шлакоуловителя,

задачи по материаловедению с решением

Определим диаметры элементов литниковой системы.

Площадь поперечного сечсния питателя принимаем трапециевидной формы. Параметры питателя: задачи по материаловедению с решением

Площадь поперечного сечения шлакоуловителя принимаем трапециевидной формы. Принимаем параметры шлакоуловителя. Так как площадь поперечного сечения шлакоуловителя равна задачи по материаловедению с решением, тогда

задачи по материаловедению с решением
задачи по материаловедению с решением

Принимаем поперечное сечение стояка — круглое.

Определим диаметр стояка в нижнем сечении

задачи по материаловедению с решением

Диаметр верхнего сечения стояка:

задачи по материаловедению с решением

Принимаем 30мм.

Выбор размеров опок, составление эскиза формы

Для изготовления формы выбираем опоки прямоугольного сечения. На рис. 11 показана схема расположения отливки в форме, где задачи по материаловедению с решением — длина, задачи по материаловедению с решением — ширина опоки.

Определяем длину опоки. Согласно рекомендациям

задачи по материаловедению с решениемзадачи по материаловедению с решением

задачи по материаловедению с решением

Ширина опоки задачи по материаловедению с решением

Выбираем стандартные длину и ширину: задачи по материаловедению с решением

Высота нижней опоки задачи по материаловедению с решением

Высота верхней опоки задачи по материаловедению с решением

Ближайшая стандартная высота 175 мм. Согласно ГОСТ 2133-75 принимаем нижнюю опоку высотой 175 мм,

Таким образом, для производства литой заготовки — опора должны быть использованы опоки следующих стандартных размеров: верхняя опока задачи по материаловедению с решением и нижняя опока задачи по материаловедению с решением.

Процесс изготовления форм в парных опоках на машинах идет следующим образом:

  • Формовочная смесь транспортным средством (ленточным конвейером, электротсль-фером с бадьей) подастся в бункер, установленный над машиной.
  • Пустые верхние и нижние опоки с места выбивки форм подаются к машинам по рольгангам. Как правило, нижнюю полуформу изготовляют на одной машине, а верхнюю на другой. На модель с модельной плитой, закрепленную на столе машины, устанавливают опоку.
  • С помощью дозатора опоку заполняют смесью из бункера. Смесь уплотняют. Готовую полуформу снимают с машины и подают на приемное устройство (рольганг), где полуформу отделывают (устраняют дефекты, делают вентиляционные каналы, наносят покрытие) и транспортируют на сборку.

Если форма должна быть высушена, то ее помещают в сушило, после остывания отправляют на сборку.

В массовом производстве легких отливок иногда применяют безопочную формовку, а точнее безопочную заливку, т.к. формовку осуществляют в специальных опоках, которые после изготовления формы снимают. Способ позволяет значительно сократить парк опок и облегчить выбивку отливок.

задачи по материаловедению с решением

Задача № 8

Опишите микроструктуру и свойства отливок из ковкого чугуна. Приведите примеры маркировки ковкого чугуна по Государственному стандарту. Изложите технологические особенности получения отливок из ковкого чугуна и укажите области их применения.

Решение:

Основной особенностью микроструктуры ковкого чугуна (КЧ), определяющей его свойства, является наличие компактных включений графита, что придаст чугуну высокую прочность и пластичность.

Обсзуглероженный КЧ является единственным конструкционным чугуном, который хорошо сваривается и может быть использован для получения сварноли-тых конструкций.

Детали можно соединять дуговой сваркой в среде защитного газа и стыковой сваркой с оплавлением. Ковкий чугун хорошо поддастся запрессовке, расчеканке и легко заполняет зазоры. Отливки из ферритного КЧ можно подвергать холодной правке, а из перлитного — правке в горячем состоянии.

Применяемый в промышленности ковкий чугун получается в результате графитизи-рующего отжига белого чугуна. Матрица ковкого чугуна может быть, как ферритной, так и перлитной. Основные преимущества ковкого чугуна заключаются в однородности его свойств по сечению, практическом отсутствии напряжений в отливках, высоких механических свойствах и очень хорошей обрабатываемости резанием.

Механические свойства ковкого чугуна регламентируются ГОСТ 1215-79 (табл. 1). В основу маркировки и стандартизации ковкого чугуна положен принцип регламентирования допустимых значений механических свойств при растяжении задачи по материаловедению с решением и задачи по материаловедению с решением Так же, как в сером и высокопрочном, в ковком чугуне твердость зависит главным образом от матрицы, а прочность и пластичность — от матрицы и графита.

В отличие от чугуна с шаровидным графитом, большое влияние оказывает не только форма, но и количество графита. В связи с этим максимальной прочности можно достичь при дисперсном перлите и малом количестве наиболее компактного графита, а наибольшей пластичности — при феррите и таком же графите.

Кроме свойств, обусловленных ГОСТом, в некоторых случаях представляют интерес и другие свойства, приведенные в табл. 2-4

Влияние химического состава на механические свойства ковкого чугуна проявляется в изменении структуры металла и степени легированности феррита и перлита.

Углерод в ковком чугуне является главным элементом, изменение содержания которого непосредственно определяет механические свойства. Чем выше марка ковкого чугуна, тем ниже должно быть содержание углерода, так как при этом не только уменьшаются количество графита и его размеры, но и улучшается его форма.

задачи по материаловедению с решением
задачи по материаловедению с решением
задачи по материаловедению с решением
задачи по материаловедению с решением

Основные физические свойства ковкого чугуна различных типов приведены в табл.5.

задачи по материаловедению с решением

Влияние кремния на свойства ковкого чугуна в целом подобно рассмотренному выше его влиянию на свойства чугуна с шаровидным графитом. Повышение содержания кремния в допускаемых пределах увеличивает предел прочности и твердость и понижает коэффициент температурного расширения вследствие легирования феррита.

Марганец сверх количества, необходимого для связывания серы, оказывая тормозящее влияние на графитизацию и легируя феррит, снижает пластичность ковкого чугуна и повышает при этом прочность и твердость.

Сера, способствуя перлитизации структуры, повышает прочность и твердость ковкого чугуна. В КЧ сера, препятствуя ферритизации структуры, улучшает форму графита. Более совершенная форма графита при повышенном содержании серы делает перлитный ковкий чугун с отношением серы к марганцу в пределах 1,0-2,0 благоприятным конструкционным материалом.

Допустимое содержание фосфора в ковком чугуне обычно принимается до задачи по материаловедению с решением. При повышении содержания фосфора в ковком чугуне механические свойства изменяются подобно механическим свойствам чугуна с шаровидным графитом. Понижение содержания фосфора вызывает смещение порога хрупкости ковкого чугуна в сторону отрицательных температур.

Действие большинства легирующих элементов на механические свойства ковкого чугуна в целом подобно рассмотренному ранее легированию серого чугуна. При этом следует, конечно же, иметь в виду, что технология производства ковкого чугуна предусматривает отжиг.

Маркировка ковких чугунов

По рекомендации ГОСТ 1215—79 маркировка ковкого чугуна содержит первые буквы его названия — КЧ. Следующие за ними две цифры отражают временное сопротивление, иными словами, сопротивление разрушению и деформации — КЧЗО. Третья относится к относительному удлинению — величине пластической деформации материала при растяжении, и обозначается в процентах — КЧЗО-6.

Кроме того, марки ковкого чугуна имеют градацию в зависимости от структуры. Так, к классу ферритных или ферритно-перлитных относятся марки КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12. Перлитная структура представлена в ковких чугунах марок: КЧ 45-7; КЧ 50-5; КЧ 55-4; КЧ 60-3; КЧ 65-3; КЧ 70-2; КЧ 80-1,5.

ГОСТ 26358 регламентирует механические свойства марок ковкого чугуна: временное сопротивление разрыву, твердость по Бринеллю задачи по материаловедению с решением, относительное удлинение. Разрешено отклонение только в величине пластической деформации не более задачи по материаловедению с решением, и то лишь по согласованию с потребителем.

Получение ковкого чугуна

Белый чугун в литом виде вследствие своей высокой твердости и хрупкости не находит широкого применения. Изделия из белого чугуна являются исходным продуктом для получения ковкого чугуна с помощью термической обработки.

Для этой цели используют белый чугун, который содержит задачи по материаловедению с решениемзадачи по материаловедению с решением и задачи по материаловедению с решением

Исходная структура белого чугуна — перлит и ледебурит. Структура ледебурита встречается во всех белых чугунах, т.е. в железоуглеродистых сплавах с содержанием углерода более задачи по материаловедению с решением, который присутствует в сплаве в форме цементита.

Ледебурит при комнатной температуре представляет механическую смесь перлита и цементита.

Отжиг на ковкий чугун производят в нейтральной среде (задачи по материаловедению с решением или задачи по материаловедению с решением) для защиты от обезуглероживания и окисления, в специально предназначенных для этой цели печах непрерывного действия.

Детали укладывают на специальные поддоны, которые размещаются на роликовом поде. Поддоны проталкиваются с определенной скоростью по роликам. Длина камер нагрева первой и второй стадии отжига назначается с таким расчетом, чтобы детали находились в камерах необходимое для данной температуры время. Отжиг на ковкий чугун производится по режиму, показанному на рис. 1.

Первая стадия отжига преследует цель разложения цементита, входящего в состав ледебурита; в перлите цементит сохраняется.

Вторая стадия отжига преследует цель разложения цементита, входящего в состав перлита.

задачи по материаловедению с решением

В результате прохождения только одной стадии отжига получают ковкий чугун со структурой псрлит+фсррит+углсрод отжига.

Такой чугун называют перлитным (перлитно-ферритным, рис. 2, а)

задачи по материаловедению с решением

Он обладает хорошими прочностными свойствами, но невысокой пластичностью. Чугун с такой структурой используется в деталях, работающих на изгиб и трение.

Для повышения прочности чугун можно подвергать закалке и высокому отпуску, что улучшает его механические свойства.

После полного цикла отжига структура чугуна состоит из феррита и углерода отжига, т.е. образуется ферритный ковкий чугун фис. 2, б).

Применяют и другой способ получения ковкого чугуна

Нагрев изделий производится в окислительной среде, вследствие чего происходит выгорание углерода с поверхности, вызывающее снижение твердости и некоторое повышение пластических свойств, а также улучшение обрабатываемости.

В центре такой чугун сохраняет структуру белого чугуна. Полученный этим методом чугун называют белоссрдечным в отличие от черноссрдечного, получаемого при отжиге в нейтральной среде по вышеописанному способу.

При таком способе детали из белого чугуна загружают в ящики, пересыпают окалиной или рудой и нагревают в обычных камерных печах.

Отжиг ковкого чугуна является весьма длительной операцией. В настоящее время разработано много способов ускоренного отжига ковкого чугуна — предварительная закалка, отжиг в расплавленных солях при очень высоких температурах задачи по материаловедению с решением и др.

Все эти мероприятия сокращают длительность отжига на ковкий чугун. При плавке в вагранках обычно получают серый чугун, содержащий более задачи по материаловедению с решением углерода. Поэтому чугун с более низким содержанием углерода обычно получают последовательной плавкой в двух печах: вагранке и электропечи.

Шихтовые материалы сначала расплавляют в вагранке, а получаемый из нее расплав сливают в электрическую дуговую печь, где он дополнительно разогревается и доводится до требуемого химического состава. Таким путем удается получить чугун с более низким содержанием углерода и кремния.

На рис.3 показана схема трехфазной дуговой электропечи для получения ковкого чугуна. Через свод в полость печи входят три графитовых электрода 1, которым подводится от трансформатора трехфазный электрический ток. Между электродами и ванной расплава образуется электрическая дуга, служащая источником тепла.

задачи по материаловедению с решением

Подина печи 4 опирается на специальное устройство, благодаря чему печь может поворачиваться для слива расплава в разливочные ковши. Свод печи 2 съемный, что облегчает ее ремонт. Движение электрода вверх и вниз осуществляется автоматически в зависимости от электросопротивления дуги. При увеличении расстояния от поверхности расплава до конца электрода сопротивление дуги увеличивается и привод опускает электрод; при уменьшении сопротивления дуги электрод поднимается.

Процесс доводки расплава по химическому составу в такой печи протекает непрерывно. Расплав из вагранки заливается в печь через заливочное окно 3 и после доводки химического состава его сливают в ковши через окно 5 для транспортировки к местам заливки литейных форм. Полученные отливки подвергаются отжигу и называются отливками из ковкого чугуна.

Применение ковкого чугуна

Отливки из ковкого чугуна широко используются во многих отраслях промышленности для широкого спектра номенклатуры деталей ответственного назначения: автомобилестроение, тракторное и сельскохозяйственной машиностроение, вагоностроение, судостроение, электропромышленность, станкостроение, санитарно-техническое и строительное оборудование, тяжелое машиностроение и пр. При этом масса отливок может быть от нескольких граммов до задачи по материаловедению с решением, минимальная толщина стснок отливки задачи по материаловедению с решением, максимальная для обезуглероженного чугуна задачи по материаловедению с решением, для графитизированного задачи по материаловедению с решением, а в отдельных случаях до задачи по материаловедению с решением. Кстати готовые на продажу задачи тут, и там же теория из учебников может быть вам поможет она.

Можно с уверенностью утверждать, что, обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и ЧШГ, высоким сопротивлением ударным нагрузкам при комнатной и низких температурах, износостойкостью, лучшей, чем ЧШГ, обрабатываемостью резанием и свариваемостью, КЧ сохранит в ближайшие годы свое применение, особенно для мелких отливок, сварных конструкций, несмотря на склонность к образованию трещин и энергоемкость получения готовых отливок.

Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.

Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.