Файл: Программа курса, лабораторный практикум и контрольные задания для студентовзаочников полной и.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 294
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
70 ческими свойствами: ζ
b
= 120 МПа; δ =2 %. Для повышения механических свойств силумины модифицируют натрием (≈ 0,08 %) путем присадки к расплаву смеси солей 67 % NaF и 33 % NaCl. В присутствии натрия проис- ходит смещение на диаграмме состояния (рис.4.2) точки эвтектики вправо и в область более низких температур, поэтому заэвтектический сплав (12 -
13 % Si) становится доэвтектическим, происходит смещение линии диа- граммы состояния (рис. 4.2) и заэвтектический сплав (12 - 13 % Si) стано- вится доэвтектическим, так как эвтектика теперь образуется при 14 % Si.
Рис.4.2. Диаграмма состояния Al – Si
а
б
Рис.4.3. Микроструктура силумина: а - до модифицирования (заэвтектический сплав); б - после модифицирования (доэвтектический сплав)
В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появля- ются кристаллы пластичного α - раствора Si в Al (рис. 3.3 б). Эвтектика при- обретает более тонкое строение и состоит из
α-твердого раствора и мелких кристаллов Si, потому что в процессе затвердевания кристаллы кремния об- волакиваются пленкой силицида натрия, которая затрудняет их рост. Изме-
71 нения в структуре приводят к повышению механических свойств: ζ
b
=200
МПа; δ = 12 %.Одновременно улучшаются и литейные свойства сплавов
(возрастает жидкотекучесть, повышается плотность отливок и т.д.). Модифи- цированные силумины широко применяются во всех областях машинострое- ния. Их используют для изготовления картеров и блоков двигателей, корпу- сов компрессоров, деталей авиационных двигателей, корпусов приборов и др.
Литейные алюминиевые сплавы маркируются буквами АЛ: А – означа- ет, что сплав алюминиевый, Л – литейный; цифра после буквенного обозна- чения – порядковый номер в ГОСТе. Например, в сплаве АЛ-2 кроме алю- миния содержится 10 - 13 % Si; 0,8 - 1,5 % Fe и 2,2 - 2,8 %других элементов.
Существует и другая система маркировки литейных алюминиевых сплавов
(ГОСТ 1583-89), подобная маркировке легированных сталей, в которой ука- зывается буквами легирующий элемент (К – кремний, М – медь, Н – никель,
Ц – цинк), а цифрами – их содержание. Например, АК21М2,5Н2,5 – алю- миниевый сплав, содержащий 20 - 22 % Si; 2,2 - 3,0 % Cu; 2,2 - 3,8 % Ni.
3.2. Медь и ее сплавы
Медь (Сu)– это металл с плотностью 8940 кг/м
3
. Кристаллическая ре- шетка ГЦК. Температура плавления 1083 °С. Характерными свойствами ме- ди является ее высокая теплопроводность и электропроводность (ρ= 0,0178
Ом•мм
2
/м), поэтому Сu находит широкое применение в электротехнике. Тех- нически чистая Сu маркируется М00 (99,99 % Сu), М0 (99,95 % Сu), M1
(99,90 % Сu) и т. д. Механические свойства Сu относительно низки: в литом состоянии - ζ
b
до 200 МПа, δ до 25 %. Литейные свойства и обрабатывае- мость резанием плохие, поэтому применять Сu в качестве конструкционного материала нецелесообразно, поэтому создаются различные сплавы на медной основе. Различают две основные группы медных сплавов: латуни и бронзы.
3.2.1 Латуни (ГОСТ 15527-2004)
Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на ос- нове Cu, в которых основным легирующим элементом является Zn. Прак- тическое применение имеют медные сплавы с содержанием Zn до 45 %.
Медь с цинком образует α-твердый раствор Zn в Cu с максимальной рас- творимостью цинка 39 % (рис. 4.4), а также высокотвердые и хрупкие фазы
β, γ, ε, которые являются твердыми растворами на базе электронных со- единений: β - CuZn, γ – Cu
5
Zn; ε - CuZn
3
. В зависимости от содержания Zn различают однофазные α - латуни и двухфазные α + β
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
'
-латуни.
72
Однофазные латуни (до 39 % Zn) находят применение для изготовле- ния деталей деформированием в холодном состояния, т. к. они имеют хо- рошую пластичность (рис.4.5). Из них изготавливаются ленты, радиатор- ные трубки, проволока, гильзы патронов. Двухфазные α + β
'
-латуни, содержащие цинк от 39 до 45 %, используются для изготовления деталей из отливок обработкой резанием или деформированием при температуре выше 500 °С, так как эти латуни имеют низкую пластичность в холодном состоянии (рис. 4.5). Нагрев приводит к превращениюβ
'
- фазы в β - фазу с неупорядоченным расположением атомов и более высокой пластичностью.
Рис.4.4. Диаграмма состояния Cu – Zn
Рис.4.5. Влияние Zn на механические свойства Cu
Из двухфазных α + β
'
- латуней изготавливают листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой получают детали. При содержании Zn более 45 %в латуни присутствует только β
'
- твердый раствор. β
'
- латуни обладают максимальной прочностью (ζ
b
= 420
МПа), но практического применения не находят ввиду очень низкой пла- стичности (δ = 7 %). Увеличение содержания Zn повышает прочность (до
45 % Zn) ипластичность (до 37 % Zn)
–
рис. 4.5, удешевляет латуни, улуч- шает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться ипро- тивостоять износу. Вместе с тем, уменьшается теплопроводность иэлек- тропроводность, которые составляют 20 - 50 %от характеристики меди.
Латуни маркируются буквой Л и последующим числом, показывающим содержание Cu в процентах, например, в сплаве Л62 имеется 62 % Сu и 38
% Zn. При наличии других элементов после буквы Л ставятся буквы, яв- ляющиеся начальной буквой элементов (О
–
олово, А
–
алюминий, К
–
кремний, С
–
свинец, Н
–
никель, Мц
–
марганец, Ж
–
железо). Количество этих элементов обозначается цифрами. Присутствующие в латуни элементы повышают твердость и снижают пластичность латуней, особенно однофаз- ных. Двухфазные латуни нередко легируют Аl, Fe, Ni, Si, Мn, Рb и другими
73 элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонент- ными.
Так, Pb облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрик- ционные свойства (ЛC 59-1); Al повышает прочность, твердость и коррози- онную стойкость латуни (ЛA 77-2); Si улучшает жидкотекучесть, свари- ваемость и способность к деформации (ЛК 80-3); Ni повышает растворимость Zn в Cu и улучшает механические свойства (ЛН 65-5); Sn - повышает сопротивление коррозии в морской воде (ЛО 70-1
–
морская ла- тунь). Все латуни по технологическому признаку подразделяются на де- формируемые, из которых изготавливают листы, ленту, трубы, проволоку
(ЛАЖ 60-1-1, ЛЖМц 59-1-1, ЛC 59-1) и литейные для фасонного литья (ЛК
80-ЗЛ, ЛАЖМц 66-6-3-2, ЛКС 80-3-3), из которых изготавливают детали в судостроении и общем машиностроении. На рис. 4.6 приведена микро- структура латуни ЛC 59-1.
Рис.4.6.
Микроструктура латуни ЛC 59-1
Эта латунь содержит 59 % Сu, 1 % Рb и 40 % Zn. В соответствии с со- держанием Zn латунь ЛC 59-1 относится к двухфазным. Она содержат в структуре α-твердый раствор и β
'
-твердый раствор и называется автоматной латунью, так как хорошо обрабатывается резанием, чему способствует при- сутствующий Pb. Механические свойства латуни ЛC 59-1: в состоянии по- сле отжига – ζ
b
= 400 MПa; δ = 45 %; после наклепа
–
ζ
b
= 650 МПа, δ = 5 %.
Существует и другая маркировка, используемая для литейных латуней. В со- ответствии с ГОСТ 17711-93 литейные латуни обозначаются подобно леги- рованным сталям, где количество каждого легирующего элемента приводит- ся непосредственно после его буквенного обозначения. Например, латунь
ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит 23 % Zn, 6 % Al; 3 % Fe, 2 % Mn
и остальное - Cu.
3.2.2. Бронзы
Бронзами называют сплавы меди с различными элементами, в числе которых, но только наряду с другими, может быть и цинк. Название брон-
74 зам дают по основным элементам. Так, их подразделяют на оловянные, свинцовые, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые и др. Бронзы марки- руются буквами Бр (бронза), за которыми следуют буквы, а затем цифры, обозначающие название и содержание в процентах легирующих элемен- тов. Например, Бр.О4Ц2С2,5 содержит 4 % Sn, 2 % Zn, 2,5 % Рb. Сплавы меди с никелем имеют названия: мельхиоры; куниали; нейзильберы.
3.2.2.1. Оловянистые бронзы ( ГОСТ 5017-2006 и ГОСТ 613-79)
При сплавлении меди с оловом образуются твердые растворы и элек- тронные соединения аналогично тому, как это имело место в сплавах Cu-Zn.
На рис. 4.7. приведена левая часть диаграммы состояния Cu-Sn. В твердом состояний в бронзах имеются фазы: α-твердый раствор олова в меди; β- твердый раствор на базе электронного соединения CuSn, δ-электронное со- единение Сu
31
Sn
8
, γ-твердый раствор на базе химического соединения Сu
3
Sn
(ε-соединение). Система Cu-Sn имеет ряд перитектических превращений и два эвтектоидных превращения. При 350 °С δ -фаза (Сu
31
Sn
8
) должна распа- даться на α-твердый раствор и ε-фазу (Сu
3
Sn). В реальных условиях охлаж- дения бронза состоит из фаз α и δ. В практике применяют только сплавы с содержанием до 10-12 % Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки
(рис.4.8). Бронзы, содержащие до 4-5 % Sn, и после деформаций и отжига имеют в структуре в основном α-твердый раствор олова в меди. А после литья даже такие низколегированные бронзы в результате ликвации могут иметь включения эвтектоида α + Сu
31
Sn
8
). При большем содержаний олова в структуре бронз в равновесном состояния наряду с α-твердым раствором присутствует эвтектод α + Cu
31
Sn
8
.При этом с увеличением количества олова предел прочности возрастает, но значительное количество хрупкой δ
- фазы приводит к снижению прочности при большом содержания олова.
Рис. 4.8. Влияние олова на механиче- ские свойства меди
Рис. 4.7 Диаграмма состояния Сu – Sn
75
Их обычно легируют Zn, Fe, Р, Рb, Ni
и другими элементами: Zn улучшает технологические свойства и удешевляет бронзу; P - улучшает литейные качества, повышает твердость, прочность, упругие и антифрикционные свойства; Ni повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок; Fe измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства; Pb снижает механические свойства, но повышает плотность от- ливок, обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства.
Различают деформируемые (Бр О6,5Ф0,15; Бр О4Ц3; Бр О4Ц4С2,5) и литейные бронзы (Бр О3Ц7С5Н1, Бр О3Ц12С5, Бр О5Ц5С5, Бр О10). Из деформируемых бронз,
содержащих менее 5% Sn, изготавливают прутки, трубки, ленту, проволоку. Их применяют, главным образом, для изготов- ления пароводяной аппаратуры, благодаря их высокой химической стойко- сти, и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов, червяч- ных колес, вкладышей подшипников скольжения. На рис. 4.9 приведена микроструктура оловянистой бронзы Бр О10. Эта бронза содержит α- твердый раствор и включение твердого эвтектоида (α+Сu
31
Sn
8
), обеспечи- вающего высокую стойкость против истирания. Поэтому такая бронза с 10
%Sn является лучшим антифрикционным материалом и применяется как подшипниковые сплавы, ее механические свойства: ζ
b
= 250 МПа; δ = 5 %.
Высокие литейные свойства бронзы связаны с малой усадкой при кристал- лизации (менее 1% у оловянистой бронзы, у сталей более 2%), что позволяет получать точные отливки, художественное литье (статуи, барельефы, медали).
3.2.2.2. Свинцовые бронзы (ГОСТ 493-79)
Свинец не растворяется в меди, поэтому сплавы после кристаллиза- ции состоят из кристаллов меди и включений свинца, располагающиеся по границам зерен меди (рис. 4.10) или в междендритном пространстве. Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства, т. к.
Pb играет роль твердой смазки. Это предопределяет широкое применение свинцовистых бронз для изготовления вкладышей подшипников скольже- ния, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях.
По сравнению с оловянистыми бронзами теплопроводность бронзы Бр С30 в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении. Из-за невысоких механических свойств (ζ
b
= 60 МПа, δ = 4 %)бронзу
Бр C30 наплавляют тонким слоем на стальные ленты (трубы). Вследствие большой разницы в удельной плотности Cu (8,94 Мг/м
3
) и Pb (11,34 Мг/м
3
) и широкого интервала кристаллизации бронза Бр С30 склонна к ликвации
(неоднородности химического состава) по плотности. Уменьшить ликвацию
76 можно высокой скоростью охлаждения отливок. Нередко эти бронзы леги- руют Ni и Sn, которые растворяясь в Cu, повышают механические свойства
(ζ
в
= 150-200 МПа, δ = 3-8 %). Например, Бр О10С10, Бр О10С2Н3.
Рис. 4.9. Микроструктура бронзы Бр О10
Рис. 4.10. Микроструктура бронзы Бр С30
3.3. Титан и его сплавы ( ГОСТ 9852-72, ГОСТ 10994-64)
Титан (Ti)
–
серебристо-белый легкий металл с удельной плотностью
4500 кг/м
3
и температурой плавления 1668 °С. При температуре 882 °С при нагреве Ti претерпевает полиморфное превращение Ti
α
(ГПУ) →Тi
β
(ОЦК).
Чистый Ti имеет ζ
b
= 270 МПа, δ = 55 %,Е = 112 ГПа. С уменьшением чисто- ты Ti (марки ВТ1-00, BT1-0, BT1-1) прочностные свойства повышаются (ζ
b
=
300-550 МПа); пластичность падает (δ = 15 - 25 %). Титан является химиче- ски активным металлом, но на воздухе быстро покрывается защитной плен- кой плотных окислов, благодаря чему имеет высокую стойкость в атмосфе- ре, в воде, в органических и неорганических кислотах. Важнейшими областями использования чистого Ti и титановых сплавов из-за высокой удельной прочности (ζ
в
/ρ) и коррозионной стойкости являются следующие:
– авиация и ракетостроение, где из титановых сплавов изготавливают- ся корпуса двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, лопатки компрес- соров, детали крепежа, фюзеляжа и т.д.;
–
химическая промышленность (компрессоры, клапана, вентили для агрессивных жидкостей);
–
оборудование для обработки ядерного топлива;
–
морское и речное судостроение (гребные винты, обшивка морских судов, подводных лодок, торпед);
–
криогенная техника (при отрицательных температурах до -250 °С).
Металлургической промышленностью изготавливается в виде листов, труб, прутков, проволоки и других полуфабрикатов. Повышение прочност- ных характеристик Ti может быть достигнуто за счет легирования его Al,
Мо, V, Мn, Сг, Sn, Zr, Nb. Упрочнение Ti при легировании сопровождается снижением его пластичности. Легирующие элементы оказывают большое
77 влияние на температуру полиморфного превращения. Такие элементы, как
Al, O, N повышают температуру полиморфного превращения и расширяют область α, их называют α-стабилизаторами. Практическое значение для ле- гирования Ti имеет только Al, т. к. кислород и азот сильно охрупчивают сплавы. Так как Al повышает удельную прочность (повышает ζ
в и снижает плотность), то его вводят в количестве 4-5% практически во все сплавы Ti.
Такие элементы, как Мо, V, Мn, Cr, Fe понижают температуру полиморфного превращения и расширяют область существования β-фазы; их называют β- стабилизаторами. При легировании титана Мn, Fe, Сг, Si в сплавах протека- ет эвтектоидное превращение. Образование эвтектоида охрупчивает сплав.
В соответствии со структурой различают: 1) α-сплавы со структурой твердого раствора легирующих элементов в α- Ti; основной легирующий элемент в α-сплавах - Al (ВТ-5, ВТ 5-1, ОТ-4); 2) α+β-сплавы, состоящие из
α и β-твердых растворов; содержат кроме Al - 2-4 %β-стабилизаторов, та- ких как Сr, Мо, Fe и других (ВТ6, ВТ8, BTI4); 3) β-сплавы, имеющие структуру твердого раствора легирующих элементов в β-титане; эти спла- вы содержат большое количество β-стабилизаторов (BT15, ВТ22, BT3-1).
Современные промышленные α-сплавы имеют низкую прочность, сравнительно пластичны, не упрочняются при термической обработке, хо- рошо свариваются. Легированные Cr или Mo, β-сплавы, наиболее прочные, но наименее пластичны, при нагреве не испытывают фазовых превраще- ний. Сплавы α + β более прочны, чем однофазные, хорошо куются и штам- пуются, поддаются термической обработке. К этому классу принадлежат большинство промышленных сплавов. Наличие у сплавов Ti высокотемпе- ратурной модификации β-твердого раствора, способной к значительному переохлаждению, обусловливает получение разнообразных структур в за- висимости от peжимов ТО. Полиморфное β → α превращение может иметь два различных механизма. При высоких температурах, т.е. при небольшом переохлаждении относительно равновесной температуры β → α перехода, превращение происходят обычным диффузионным путем, а при значитель- ном переохлаждении, и, следовательно, при низкой температуре, когда под- вижность атомов мала,
–
по бездиффузионному мартенситному механизму. В первом случае образуется полиэдрическая структура α-твердого раствора, во втором
–
игольчатая (пластинчатая) мартенситная структура, обозначае- мая как α
/
. Легирующие элементы, снижающие температуру β → α превра- щения, способствуют получению мартенсита. При низком легировании для этого требуется интенсивное охлаждение. При очень высоком содержании
78
β-стабилизаторов температура β → α превращения снижается до нуля и β- твердый раствор охлаждается до комнатной температуры без превращения.
Образование мартенсита в титановых сплавах по сравнению с закалкой уг- леродистой стали сопровождается сравнительно невысоким ростом прочно- стных свойств, так как не образуется пересыщенный твердый раствор.
Титан и α-сплавы Ti подвергают только рекристаллизационному отжигу,
α + β-сплавы могут быть упрочнены закалкой с последующим старением. На рис. 4.11. приведена микроструктура титанового сплава ВТ5, который от- носится к α-сплавам. Структура этого сплава после отжига однофазная, со- стоящая из зерен α-твердого раствора. Сплав ВТ5 легирован (5 %) Al; в отожженном состоянии имеет следующие механические свойства: ζ
b
= 750-
900 MПа; δ = 10-14 %, KCU = 0,3 - 0,6 МДж/м
2
. Из этого сплава изготавли- вают следующие полуфабрикаты: поковки, штамповки, прутки, профили.
Расширение области применения Ti и его сплавов сдерживает высокая стоимость. В земной коре содержится много ( 0,6 %) Ti, т.е. среди конст- рукционных металлов по распространенности он занимает четвертое место после Al, Fe и Mn. Основной сдерживающий фактор широкого практиче- ского использования Ti
–
сложность процесса получения Ti из руд.
Рис. 3.11. Микро- структура тита- нового сплава
ВТ5
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Для выполнения данной лабораторной работы студентам предоставляют- ся шесть шлифов цветных сплавов: силумин немодифицированный и модифи- цированный; латунь; оловянная бронза; свинцовая бронза; титановый сплав.
1. Ознакомиться с содержанием настоящих методических указаний, об- ратив особое внимание на микроструктуры и свойства изучаемых сплавов.
2. Провести металлографический анализ цветных сплавов. Зарисовать схемы изучаемых структур. Обозначить отдельные составляющие.
3. Правильность зарисовки макроструктур проверить у лаборанта.
4. Выписать в отчет основные свойства изучаемых сплавов. Проана- лизировать зависимость между структурой и свойствами.
5. ПЛАН ОТЧЕТА
Письменный отчет по работе должен включать:
5.1. Наименование и цель работы.
79 5.2. Схемы изучаемых микроструктур сплавов на основе Al, Cu, Ti.
5.3. Основные графики и схемы, приведенные в пособии.
5.4. Основные свойства изучаемых сплавов.
5.5. Анализ зависимости между структурой и свойствами изучаемых сплавов.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Вариант задания на контрольную работу выбирается студентом само- стоятельно из списка, приведенного ниже, по двум последним цифрам в зачетной книжке. Если две последние цифры в зачетной книжке больше
50, то номер варианта будет соответствовать числу, полученному из раз- ности вычитания от 100 числа, соответствующего последним двум цифрам номера в зачетной книжке. Суммировать ничего не нужно! Если две по- следние цифры 00, то выполняется 50 вариант. Работа должна быть вы- полнена печатным или рукописным способом. Объем и формат представ- ления не регламентируется. При выполнении контрольных работ студенты изучают методику выбора и назначения сталей и сплавов для изготовления конкретных деталей машин и различного вида инструментов, а также зна- комятся с особенностями строения, технологией получения и областью применения наиболее распространенных неметаллических материалов.
Одновременно студент должен научиться пользоваться рекомендуемыми справочными материалами с тем, чтобы уметь в дальнейшем правильно выбрать материал при курсовом и дипломном проектировании.
ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Авторский оригинал-макет должен быть набран и сверстан в текстовом редакторе Word. При наборе текста использовать следующие параметры:
шрифт Таймс, размер 14; полуторный интервал;
поля следующих размеров: верхнее - 2,0 см, нижнее - 2,0 см, левое -
2,5 см, правое - 1,0 см. Для нумерации страниц использовать положение внизу страницы, посередине, нумерацию текста начинать от титульного листа (обложку не нумеровать);
автоматическая расстановка переносов, ширина зоны переноса 0,25 см с ограничением 3-х переносов подряд;
для выравнивания правого края страницы текст разверстывать по ширине печатного поля.
Нумерация пояснительной записки контрольной работы - сквозная, проставляемая арабскими цифрами в центре нижней части листа без точки.
В нумерацию включают так же приложения, если они имеются. На титуль- ном листе и задании номер страницы не ставят, но включают в общую ну-
80 мерацию страниц. Опечатки, описки и графические неточности допускается исправлять подчисткой или закрашиванием белой краской. Рекомендуе- мый объем – 20-25 стр. Оформление контрольной работы необходимо осуществлять в соответствии с требованиями СТП ВолгГТУ 025-02.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
72
Однофазные латуни (до 39 % Zn) находят применение для изготовле- ния деталей деформированием в холодном состояния, т. к. они имеют хо- рошую пластичность (рис.4.5). Из них изготавливаются ленты, радиатор- ные трубки, проволока, гильзы патронов. Двухфазные α + β
'
-латуни, содержащие цинк от 39 до 45 %, используются для изготовления деталей из отливок обработкой резанием или деформированием при температуре выше 500 °С, так как эти латуни имеют низкую пластичность в холодном состоянии (рис. 4.5). Нагрев приводит к превращениюβ
'
- фазы в β - фазу с неупорядоченным расположением атомов и более высокой пластичностью.
Рис.4.4. Диаграмма состояния Cu – Zn
Рис.4.5. Влияние Zn на механические свойства Cu
Из двухфазных α + β
'
- латуней изготавливают листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой получают детали. При содержании Zn более 45 %в латуни присутствует только β
'
- твердый раствор. β
'
- латуни обладают максимальной прочностью (ζ
b
= 420
МПа), но практического применения не находят ввиду очень низкой пла- стичности (δ = 7 %). Увеличение содержания Zn повышает прочность (до
45 % Zn) ипластичность (до 37 % Zn)
–
рис. 4.5, удешевляет латуни, улуч- шает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться ипро- тивостоять износу. Вместе с тем, уменьшается теплопроводность иэлек- тропроводность, которые составляют 20 - 50 %от характеристики меди.
Латуни маркируются буквой Л и последующим числом, показывающим содержание Cu в процентах, например, в сплаве Л62 имеется 62 % Сu и 38
% Zn. При наличии других элементов после буквы Л ставятся буквы, яв- ляющиеся начальной буквой элементов (О
–
олово, А
–
алюминий, К
–
кремний, С
–
свинец, Н
–
никель, Мц
–
марганец, Ж
–
железо). Количество этих элементов обозначается цифрами. Присутствующие в латуни элементы повышают твердость и снижают пластичность латуней, особенно однофаз- ных. Двухфазные латуни нередко легируют Аl, Fe, Ni, Si, Мn, Рb и другими
73 элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонент- ными.
Так, Pb облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрик- ционные свойства (ЛC 59-1); Al повышает прочность, твердость и коррози- онную стойкость латуни (ЛA 77-2); Si улучшает жидкотекучесть, свари- ваемость и способность к деформации (ЛК 80-3); Ni повышает растворимость Zn в Cu и улучшает механические свойства (ЛН 65-5); Sn - повышает сопротивление коррозии в морской воде (ЛО 70-1
–
морская ла- тунь). Все латуни по технологическому признаку подразделяются на де- формируемые, из которых изготавливают листы, ленту, трубы, проволоку
(ЛАЖ 60-1-1, ЛЖМц 59-1-1, ЛC 59-1) и литейные для фасонного литья (ЛК
80-ЗЛ, ЛАЖМц 66-6-3-2, ЛКС 80-3-3), из которых изготавливают детали в судостроении и общем машиностроении. На рис. 4.6 приведена микро- структура латуни ЛC 59-1.
Рис.4.6.
Микроструктура латуни ЛC 59-1
Эта латунь содержит 59 % Сu, 1 % Рb и 40 % Zn. В соответствии с со- держанием Zn латунь ЛC 59-1 относится к двухфазным. Она содержат в структуре α-твердый раствор и β
'
-твердый раствор и называется автоматной латунью, так как хорошо обрабатывается резанием, чему способствует при- сутствующий Pb. Механические свойства латуни ЛC 59-1: в состоянии по- сле отжига – ζ
b
= 400 MПa; δ = 45 %; после наклепа
–
ζ
b
= 650 МПа, δ = 5 %.
Существует и другая маркировка, используемая для литейных латуней. В со- ответствии с ГОСТ 17711-93 литейные латуни обозначаются подобно леги- рованным сталям, где количество каждого легирующего элемента приводит- ся непосредственно после его буквенного обозначения. Например, латунь
ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит 23 % Zn, 6 % Al; 3 % Fe, 2 % Mn
и остальное - Cu.
3.2.2. Бронзы
Бронзами называют сплавы меди с различными элементами, в числе которых, но только наряду с другими, может быть и цинк. Название брон-
74 зам дают по основным элементам. Так, их подразделяют на оловянные, свинцовые, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые и др. Бронзы марки- руются буквами Бр (бронза), за которыми следуют буквы, а затем цифры, обозначающие название и содержание в процентах легирующих элемен- тов. Например, Бр.О4Ц2С2,5 содержит 4 % Sn, 2 % Zn, 2,5 % Рb. Сплавы меди с никелем имеют названия: мельхиоры; куниали; нейзильберы.
3.2.2.1. Оловянистые бронзы ( ГОСТ 5017-2006 и ГОСТ 613-79)
При сплавлении меди с оловом образуются твердые растворы и элек- тронные соединения аналогично тому, как это имело место в сплавах Cu-Zn.
На рис. 4.7. приведена левая часть диаграммы состояния Cu-Sn. В твердом состояний в бронзах имеются фазы: α-твердый раствор олова в меди; β- твердый раствор на базе электронного соединения CuSn, δ-электронное со- единение Сu
31
Sn
8
, γ-твердый раствор на базе химического соединения Сu
3
Sn
(ε-соединение). Система Cu-Sn имеет ряд перитектических превращений и два эвтектоидных превращения. При 350 °С δ -фаза (Сu
31
Sn
8
) должна распа- даться на α-твердый раствор и ε-фазу (Сu
3
Sn). В реальных условиях охлаж- дения бронза состоит из фаз α и δ. В практике применяют только сплавы с содержанием до 10-12 % Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки
(рис.4.8). Бронзы, содержащие до 4-5 % Sn, и после деформаций и отжига имеют в структуре в основном α-твердый раствор олова в меди. А после литья даже такие низколегированные бронзы в результате ликвации могут иметь включения эвтектоида α + Сu
31
Sn
8
). При большем содержаний олова в структуре бронз в равновесном состояния наряду с α-твердым раствором присутствует эвтектод α + Cu
31
Sn
8
.При этом с увеличением количества олова предел прочности возрастает, но значительное количество хрупкой δ
- фазы приводит к снижению прочности при большом содержания олова.
Рис. 4.8. Влияние олова на механиче- ские свойства меди
Рис. 4.7 Диаграмма состояния Сu – Sn
75
Их обычно легируют Zn, Fe, Р, Рb, Ni
и другими элементами: Zn улучшает технологические свойства и удешевляет бронзу; P - улучшает литейные качества, повышает твердость, прочность, упругие и антифрикционные свойства; Ni повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок; Fe измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства; Pb снижает механические свойства, но повышает плотность от- ливок, обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства.
Различают деформируемые (Бр О6,5Ф0,15; Бр О4Ц3; Бр О4Ц4С2,5) и литейные бронзы (Бр О3Ц7С5Н1, Бр О3Ц12С5, Бр О5Ц5С5, Бр О10). Из деформируемых бронз,
содержащих менее 5% Sn, изготавливают прутки, трубки, ленту, проволоку. Их применяют, главным образом, для изготов- ления пароводяной аппаратуры, благодаря их высокой химической стойко- сти, и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов, червяч- ных колес, вкладышей подшипников скольжения. На рис. 4.9 приведена микроструктура оловянистой бронзы Бр О10. Эта бронза содержит α- твердый раствор и включение твердого эвтектоида (α+Сu
31
Sn
8
), обеспечи- вающего высокую стойкость против истирания. Поэтому такая бронза с 10
%Sn является лучшим антифрикционным материалом и применяется как подшипниковые сплавы, ее механические свойства: ζ
b
= 250 МПа; δ = 5 %.
Высокие литейные свойства бронзы связаны с малой усадкой при кристал- лизации (менее 1% у оловянистой бронзы, у сталей более 2%), что позволяет получать точные отливки, художественное литье (статуи, барельефы, медали).
3.2.2.2. Свинцовые бронзы (ГОСТ 493-79)
Свинец не растворяется в меди, поэтому сплавы после кристаллиза- ции состоят из кристаллов меди и включений свинца, располагающиеся по границам зерен меди (рис. 4.10) или в междендритном пространстве. Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства, т. к.
Pb играет роль твердой смазки. Это предопределяет широкое применение свинцовистых бронз для изготовления вкладышей подшипников скольже- ния, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях.
По сравнению с оловянистыми бронзами теплопроводность бронзы Бр С30 в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении. Из-за невысоких механических свойств (ζ
b
= 60 МПа, δ = 4 %)бронзу
Бр C30 наплавляют тонким слоем на стальные ленты (трубы). Вследствие большой разницы в удельной плотности Cu (8,94 Мг/м
3
) и Pb (11,34 Мг/м
3
) и широкого интервала кристаллизации бронза Бр С30 склонна к ликвации
(неоднородности химического состава) по плотности. Уменьшить ликвацию
76 можно высокой скоростью охлаждения отливок. Нередко эти бронзы леги- руют Ni и Sn, которые растворяясь в Cu, повышают механические свойства
(ζ
в
= 150-200 МПа, δ = 3-8 %). Например, Бр О10С10, Бр О10С2Н3.
Рис. 4.9. Микроструктура бронзы Бр О10
Рис. 4.10. Микроструктура бронзы Бр С30
3.3. Титан и его сплавы ( ГОСТ 9852-72, ГОСТ 10994-64)
Титан (Ti)
–
серебристо-белый легкий металл с удельной плотностью
4500 кг/м
3
и температурой плавления 1668 °С. При температуре 882 °С при нагреве Ti претерпевает полиморфное превращение Ti
α
(ГПУ) →Тi
β
(ОЦК).
Чистый Ti имеет ζ
b
= 270 МПа, δ = 55 %,Е = 112 ГПа. С уменьшением чисто- ты Ti (марки ВТ1-00, BT1-0, BT1-1) прочностные свойства повышаются (ζ
b
=
300-550 МПа); пластичность падает (δ = 15 - 25 %). Титан является химиче- ски активным металлом, но на воздухе быстро покрывается защитной плен- кой плотных окислов, благодаря чему имеет высокую стойкость в атмосфе- ре, в воде, в органических и неорганических кислотах. Важнейшими областями использования чистого Ti и титановых сплавов из-за высокой удельной прочности (ζ
в
/ρ) и коррозионной стойкости являются следующие:
– авиация и ракетостроение, где из титановых сплавов изготавливают- ся корпуса двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, лопатки компрес- соров, детали крепежа, фюзеляжа и т.д.;
–
химическая промышленность (компрессоры, клапана, вентили для агрессивных жидкостей);
–
оборудование для обработки ядерного топлива;
–
морское и речное судостроение (гребные винты, обшивка морских судов, подводных лодок, торпед);
–
криогенная техника (при отрицательных температурах до -250 °С).
Металлургической промышленностью изготавливается в виде листов, труб, прутков, проволоки и других полуфабрикатов. Повышение прочност- ных характеристик Ti может быть достигнуто за счет легирования его Al,
Мо, V, Мn, Сг, Sn, Zr, Nb. Упрочнение Ti при легировании сопровождается снижением его пластичности. Легирующие элементы оказывают большое
77 влияние на температуру полиморфного превращения. Такие элементы, как
Al, O, N повышают температуру полиморфного превращения и расширяют область α, их называют α-стабилизаторами. Практическое значение для ле- гирования Ti имеет только Al, т. к. кислород и азот сильно охрупчивают сплавы. Так как Al повышает удельную прочность (повышает ζ
в и снижает плотность), то его вводят в количестве 4-5% практически во все сплавы Ti.
Такие элементы, как Мо, V, Мn, Cr, Fe понижают температуру полиморфного превращения и расширяют область существования β-фазы; их называют β- стабилизаторами. При легировании титана Мn, Fe, Сг, Si в сплавах протека- ет эвтектоидное превращение. Образование эвтектоида охрупчивает сплав.
В соответствии со структурой различают: 1) α-сплавы со структурой твердого раствора легирующих элементов в α- Ti; основной легирующий элемент в α-сплавах - Al (ВТ-5, ВТ 5-1, ОТ-4); 2) α+β-сплавы, состоящие из
α и β-твердых растворов; содержат кроме Al - 2-4 %β-стабилизаторов, та- ких как Сr, Мо, Fe и других (ВТ6, ВТ8, BTI4); 3) β-сплавы, имеющие структуру твердого раствора легирующих элементов в β-титане; эти спла- вы содержат большое количество β-стабилизаторов (BT15, ВТ22, BT3-1).
Современные промышленные α-сплавы имеют низкую прочность, сравнительно пластичны, не упрочняются при термической обработке, хо- рошо свариваются. Легированные Cr или Mo, β-сплавы, наиболее прочные, но наименее пластичны, при нагреве не испытывают фазовых превраще- ний. Сплавы α + β более прочны, чем однофазные, хорошо куются и штам- пуются, поддаются термической обработке. К этому классу принадлежат большинство промышленных сплавов. Наличие у сплавов Ti высокотемпе- ратурной модификации β-твердого раствора, способной к значительному переохлаждению, обусловливает получение разнообразных структур в за- висимости от peжимов ТО. Полиморфное β → α превращение может иметь два различных механизма. При высоких температурах, т.е. при небольшом переохлаждении относительно равновесной температуры β → α перехода, превращение происходят обычным диффузионным путем, а при значитель- ном переохлаждении, и, следовательно, при низкой температуре, когда под- вижность атомов мала,
–
по бездиффузионному мартенситному механизму. В первом случае образуется полиэдрическая структура α-твердого раствора, во втором
–
игольчатая (пластинчатая) мартенситная структура, обозначае- мая как α
/
. Легирующие элементы, снижающие температуру β → α превра- щения, способствуют получению мартенсита. При низком легировании для этого требуется интенсивное охлаждение. При очень высоком содержании
78
β-стабилизаторов температура β → α превращения снижается до нуля и β- твердый раствор охлаждается до комнатной температуры без превращения.
Образование мартенсита в титановых сплавах по сравнению с закалкой уг- леродистой стали сопровождается сравнительно невысоким ростом прочно- стных свойств, так как не образуется пересыщенный твердый раствор.
Титан и α-сплавы Ti подвергают только рекристаллизационному отжигу,
α + β-сплавы могут быть упрочнены закалкой с последующим старением. На рис. 4.11. приведена микроструктура титанового сплава ВТ5, который от- носится к α-сплавам. Структура этого сплава после отжига однофазная, со- стоящая из зерен α-твердого раствора. Сплав ВТ5 легирован (5 %) Al; в отожженном состоянии имеет следующие механические свойства: ζ
b
= 750-
900 MПа; δ = 10-14 %, KCU = 0,3 - 0,6 МДж/м
2
. Из этого сплава изготавли- вают следующие полуфабрикаты: поковки, штамповки, прутки, профили.
Расширение области применения Ti и его сплавов сдерживает высокая стоимость. В земной коре содержится много ( 0,6 %) Ti, т.е. среди конст- рукционных металлов по распространенности он занимает четвертое место после Al, Fe и Mn. Основной сдерживающий фактор широкого практиче- ского использования Ti
–
сложность процесса получения Ti из руд.
Рис. 3.11. Микро- структура тита- нового сплава
ВТ5
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Для выполнения данной лабораторной работы студентам предоставляют- ся шесть шлифов цветных сплавов: силумин немодифицированный и модифи- цированный; латунь; оловянная бронза; свинцовая бронза; титановый сплав.
1. Ознакомиться с содержанием настоящих методических указаний, об- ратив особое внимание на микроструктуры и свойства изучаемых сплавов.
2. Провести металлографический анализ цветных сплавов. Зарисовать схемы изучаемых структур. Обозначить отдельные составляющие.
3. Правильность зарисовки макроструктур проверить у лаборанта.
4. Выписать в отчет основные свойства изучаемых сплавов. Проана- лизировать зависимость между структурой и свойствами.
5. ПЛАН ОТЧЕТА
Письменный отчет по работе должен включать:
5.1. Наименование и цель работы.
79 5.2. Схемы изучаемых микроструктур сплавов на основе Al, Cu, Ti.
5.3. Основные графики и схемы, приведенные в пособии.
5.4. Основные свойства изучаемых сплавов.
5.5. Анализ зависимости между структурой и свойствами изучаемых сплавов.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Вариант задания на контрольную работу выбирается студентом само- стоятельно из списка, приведенного ниже, по двум последним цифрам в зачетной книжке. Если две последние цифры в зачетной книжке больше
50, то номер варианта будет соответствовать числу, полученному из раз- ности вычитания от 100 числа, соответствующего последним двум цифрам номера в зачетной книжке. Суммировать ничего не нужно! Если две по- следние цифры 00, то выполняется 50 вариант. Работа должна быть вы- полнена печатным или рукописным способом. Объем и формат представ- ления не регламентируется. При выполнении контрольных работ студенты изучают методику выбора и назначения сталей и сплавов для изготовления конкретных деталей машин и различного вида инструментов, а также зна- комятся с особенностями строения, технологией получения и областью применения наиболее распространенных неметаллических материалов.
Одновременно студент должен научиться пользоваться рекомендуемыми справочными материалами с тем, чтобы уметь в дальнейшем правильно выбрать материал при курсовом и дипломном проектировании.
ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Авторский оригинал-макет должен быть набран и сверстан в текстовом редакторе Word. При наборе текста использовать следующие параметры:
шрифт Таймс, размер 14; полуторный интервал;
поля следующих размеров: верхнее - 2,0 см, нижнее - 2,0 см, левое -
2,5 см, правое - 1,0 см. Для нумерации страниц использовать положение внизу страницы, посередине, нумерацию текста начинать от титульного листа (обложку не нумеровать);
автоматическая расстановка переносов, ширина зоны переноса 0,25 см с ограничением 3-х переносов подряд;
для выравнивания правого края страницы текст разверстывать по ширине печатного поля.
Нумерация пояснительной записки контрольной работы - сквозная, проставляемая арабскими цифрами в центре нижней части листа без точки.
В нумерацию включают так же приложения, если они имеются. На титуль- ном листе и задании номер страницы не ставят, но включают в общую ну-
80 мерацию страниц. Опечатки, описки и графические неточности допускается исправлять подчисткой или закрашиванием белой краской. Рекомендуе- мый объем – 20-25 стр. Оформление контрольной работы необходимо осуществлять в соответствии с требованиями СТП ВолгГТУ 025-02.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ
Вариант 1
1. Что такое ликвация? Ее виды, причины их возникновения и способы устранения.
2. Дайте определение ударной вязкости (KCV). Опишите методику измерения этой характеристики механических свойств металла.
3. Вычертите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 °С (с применением правила фаз),">диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,6% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получе- ние твердости 45...50 HRC. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений, и какая структура получается в данном случае.
5. Как изменяются структура и свойства стали 40 и У12 в результате закалки от температуры 750 и 850° С. Объясните с применением диаграммы состояния железо- цементит. Выберите оптимальный режим нагрева под закалку каждой стали.
Вариант 2
1. Как и почему скорость охлаждения при кристаллизации влияет на строение слитка?
2. Из листа свинца путем прокатки при комнатной температуре была получена тонкая фольга. Твердость и прочность этой фольги оказались такими же, как у исходно- го листа. Объясните, какие процессы происходили при пластической деформации свинца и какими изменениями структуры и свойств они сопровождались.
3. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8% С. Какова струк- тура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму состояния железо -карбид железа и кривую изменения твер- дости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 40 темпе- ратуру закалки и температуру отпуска, необходимые для обеспечения твердости 400 НВ.
Опишите превращения на всех этапах термической обработки и получаемую структуру.
5. Для каких целей применяется диффузионный отжиг? Как выбирается режим тако- го отжига? Приведите примеры.
Вариант 3
1. Опишите виды твердых растворов. Приведите примеры.
2. Дайте определение твердости. Какими методами измеряют твердость металлов и сплавов? Опишите их.
3. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,2% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8.
Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получе- ние твердости 150 НВ. Укажите, как этот режим называется, и какая структура получа- ется в данном случае.
81 5. С помощью диаграммы состояния железо-цементит обоснуйте выбор режима термической обработки, применяемой для устранения цементитной сетки в заэвтекто- идной стали. Дайте определение выбранного режима обработки и опишите превраще- ния, которые происходят при нагреве и охлаждении.
Вариант 4
1. Опишите физическую сущность и механизм процесса кристаллизации.
2. Для чего проводится рекристаллизационный отжиг? Как назначается режим этого вида обработки? Приведите несколько конкретных примеров.
3. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные со- ставляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую ох- лаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,4% С. Какова струк- тура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Используя диаграмму изотермического превращения аустенита, объясните, по- чему нельзя получить в стали чисто мартенситную структуру при охлаждении ее со скоро- стью меньше критической?
5. После ТО углеродистой стали получена структура цементит + мартенсит от- пуска. Нанесите на диаграмму Fe-Fe
3
C ординату заданной стали (примерно) и обоснуй- те температуру нагрева этой стали под закалку. Так же укажите температуру отпуска.
Опишите превращения, которые произошли при ТО.
Вариант 5
1. Что такое ограниченные и неограниченные твердые растворы? Каковы необ- ходимые условия образования неограниченных твердых растворов?
2. Опишите сущность явления наклепа и примеры его практического использования.
3. Вычертите диаграмму состояния железо — карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,1% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. При непрерывном охлаждении стали У8 получена структура тростит + мар- тенсит. Нанесите на диаграмму изотермического превращения аустенита кривую ох- лаждения, обеспечивающую получение данной структуры. Укажите интервалы темпе- ратур превращений и опишите характер превращения в каждом из них.
5. С помощью диаграммы Fe-Fe
3
C установите температуру полной и неполной закалки для стали 45 и опишите структуру и свойства стали после каждого вида ТО.
Вариант 6
1. Начертите диаграмму состояния для случая ограниченной растворимости компонен- тов в твердом виде. Укажите структурные составляющие во всех областях этой диаграммы и опишите строение типичных сплавов различного состава, встречающихся в этой системе.
2. Волочение медной проволоки проводят в несколько переходов. В некоторых случаях проволока на последних переходах разрывается. Объясните причину разрыва и укажите способ его предупреждения.
3. Вычертите диаграмму состояния железо — карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,5% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нане- сите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердо- сти 200 НВ. Укажите, как этот режим называется, и какая структура получается в этом случае.
5. Используя диаграмму состояния Fe-Fe
3
C, установите температуры нормализа- ции, отжига и закалки для стали У12. Охарактеризуйте эти режимы ТО и опишите структуру и свойства стали после каждого вида ТО.
82
Вариант 7
1. Опишите явление полиморфизма в приложении к железу. Какое практическое значение оно имеет?
2. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве, какие про- цессы происходят при этом?
3. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,7% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита стали У8. Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей твердость 20...25 HRC.
Укажите, как этот режим называется, и какая структура образуется в данном случае.
5. Плашки из стали У11А закалены: первая - от температуры 760° С, вторая - от температуры 850° С. Используя диаграмму состояния железо - цементит, укажите тем- пературы закалки, объясните, какая из этих плашек закалена правильно, имеет более высокие режущие свойства и почему.
Вариант 8
1. В чем сущность процесса модифицирования? Приведите пример использования модификаторов для повышения свойств литейных алюминиевых сплавов.
2. В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией? Опи- шите особенности обоих видов деформации.
3. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные со- ставляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую ох- лаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,0% С. Какова структу- ра этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. Углеродистые стали 35 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру мартен- сит отпуска и твердость: первая 45 HRC, вторая - 60 HRC. Используя диаграмму со- стояния железо - карбид железа и учитывая превращения, происходящие при отпуске, укажите температуру закалки и температуру отпуска для каждой стали. Опишите пре- вращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска, и объясните, по- чему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 35.
5. Сталь 40 подвергалась закалке от температур 760 и 840°С. С помощью диа- граммы состояния железо — цементит укажите, какие структуры образуются в каждом случае. Объясните причины образования разных структур и рекомендуйте оптималь- ный режим нагрева под закалку данной стали.
Вариант 9
1. Охарактеризуйте особенности металлического типа связи и основные свойства металлов.
2. Какими стандартными характеристиками механических свойств оценивается прочность металлов и сплавов? Как эти характеристики определяются?
3. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,8% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
4. С помощью диаграммы состояния Fe-Fe
3
C установите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 20. Охарактеризуйте эти режимы ТО и опишите структуру и свойства стали.
5. Почему для изготовления инструмента применяется сталь с исходной структурой зернистого перлита? В результате какой термической обработки можно получить эту структуру? Приведите конкретный режим для любой инструментальной стали.