Главная Коллекция "Otherreferats" Производство и технологии Основы материаловедения

Основы материаловедения

Строение литого кристаллического слитка, оценка влияния внешней среды на нее. Сущность процесса полигонизации, а также расчет температуры рекристаллизации для меди технической чистоты. Режимы закалки стали и критерии выбора определенного ее типа.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	10.05.2016
Размер файла	248,7 K

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Нарисуйте строение литого кристаллического слитка. Опишите влияние реальной среды на форму кристаллов

Впервые описание стального слитка дано в 1878 году Д.К. Черновым. Основные характерные черты в строении литого металла были отмечены тогда Черновым, хотя многочисленные последующие исследования вскрыли много новых деталей, все же основные принципы остались прежними.

Рисунок 1. Схема строения слитка: 1 - зона мелких кристаллов, 2 - зона столбчатых кристаллов, 3 - зона крупных равноосных кристаллов

Итак, структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона - наружная мелкозернистая корка, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов - дендритов. При первом соприкосновении со стенками изложницы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает резкий градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.

Вторая зона слитка - зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются (из-за повышения температуры стенки изложницы, уменьшения теплообмена, т.к. появилось еще две границы раздела твердое - жидкое и твёрдое - стенка изложницы и др. причины), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения. В результате из небольшого числа центров кристаллизации начинают расти нормально ориентированные к поверхности корки столбчатые кристаллы (в сторону отвода тепла).

Третья зона слитка - зона равноосных кристаллов. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. Поэтому температура выравнивается и кристаллы растут по различным направлениям, встречаясь друг с другом. В результате этого образуется равноосная структура.

Кристаллизация, приводящая к стыку зон столбчатых кристаллов, носит название транскристаллизации. Степень развития столбчатых кристаллов будет варьироваться главным образом в зависимости от химического состава металла, степени его перегрева, от размера слитка, скорости разливки, формы изложницы и толщины, а также температуры ее стенок. Это будет влиять на скорость теплоотвода и образование больших или меньших градиентов температур внутри объема стали.

Жидкий металл имеет больший объем, чем закристаллизовавшийся, поэтому залитый в форму металл в процессе кристаллизации сокращается в объеме, что приводит к образованию пустот, называемых усадочными раковинами. Усадочные раковины могут быть либо сконцентрированы в одном месте, либо рассеяны по всему объему слитка или по его части. Поэтому, чтобы отлитое изделие не содержало в себе такого дефекта, как усадочная раковина, прибегают к такому технологическому приему, как изготовление теплой головы - увеличение объема формы, где бы и сконцентрировалась усадочная раковина. В то время как изделие будет без пор.

В реальных условиях кристаллизации степень переохлаждения может играть второстепенную роль, т.к. возникает множество других факторов, влияющих на данный процесс.

При кристаллизации из жидкого состояния для скорости течения процесса и для формы образующихся кристаллов первостепенное значение приобретают такие факторы, как скорость и направление отвода тепла, наличие нерастворившихся частиц, которые могут служить готовыми центрами кристаллизации, наличие конвекционных токов жидкости и т.д. например, в направлении отвода тепла кристалл растет быстрее, чем в другом направлении.

Если на боковой поверхности растущего кристалла (по каким-то причинам) возникает бугорок (изменился ток горячей жидкости, прилипла нерастворенная частица), то кристалл приобретает способность расти в боковом направлении. В результате образуется древовидный кристалл, так называемый дендрит, схематическая структура которого впервые была показана и описана Д.К. Черновым. В усадочной раковине 100-т стального слитка один из учеников Чернова нашел дендрит длиной 39 см. До сих пор во всех учебниках по металловедению или материаловедению данный дендрит показывают и называют как «кристалл Чернова».

2. Объясните сущность процесса полигонизации. Рассчитайте температуру рекристаллизации для меди технической чистоты

Полигонизацией называют стадию возврата, при которой в пределах каждого кристалла образуются новые малоугловые границы. Процесс протекает при нагреве до температуры (0,25-0,3) Т_пл. Границы возникают путем скольжения и переползания дислокаций; в результате кристалл разделяется на субзерна-полигоны, свободные от дислокаций.

Полигонизация в металлах технической чистоты и в сплавах твердых растворах - наблюдается только после небольших степеней деформаций и не у всех металлов. Этот процесс редко развивается в меди и ее сплавах и хорошо выражен в алюминии, железе, молибдене и их сплавах.

Полигонизация холоднодеформированного металла приводит к уменьшению твердости и прочности. Блочная структура, возникшая благодаря полигонизации, весьма устойчива и сохраняется почти до температуры плавления. После формирования блочной структуры рекристаллизация не наступает, полигонизация и рекристаллизация оказываются конкурентами.

Рекристаллизация - процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

Наименьшую температуру начала рекристаллизации, при которой протекает рекристаллизация и происходит разупрочнение металла, называют температурным порогом рекристаллизации. Эта температура не является постоянной физической величиной. Для данного металла (сплава) она зависит от длительности нагрева, степени предварительной деформации, величины зерна до деформации и т.д.

Температура начала рекристаллизации металлов, подвергнутых значительной деформации, для технически чистых металлов составляет примерно 0,4 Тпл (правило А.А. Бочвара), для чистых металлов снижается до (0,1…0,2) Тпл, а для сплавов твердых растворов возрастает до (0,5…0,6) Тпл.

Расчет температуры рекристаллизации для меди технической чистоты.

Тр = 0,4ЧТпл = 0,4 * 1356,55 К=542,62К = 269,47 С.

3. Детали машин из стали 40 закалены: одни - с температуры 760 ⁰С, другие - с температуры 840 ⁰С. Укажите правильный режим закалки, используя диаграмму железо-цементит. Какие из данных деталей имеют более высокую твердость и лучшие эксплуатационные характеристики. Предложите вид отпуска применимый для данной стали

сталь закалка полигонизация слиток

Правильным режимом закалки стали будет заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

Исходя из диаграммы (рис. 2) температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.

Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, 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 760°С (ниже точки Ас3) структура стали 40 - аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали - мартенсит + феррит.

Рисунок 2. Фрагмент диаграммы железо-углерод

Аустенит неоднороден по химическому составу. В тех местах, где были пластинки цементита, аустенит богаче углеродом, а где пластинки феррита - беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава зерен аустенита сталь нагревают немного выше критической точки Ас3 (на 30-50°С) и выдерживают некоторое время при этой температуре. Процесс аустенизации идет тем быстрее, чем выше превышение фактической температуры нагрева под закалку относительно температуры Ас3.

Доэвтектоидные стали для полной закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали 40 под полную закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку - аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической - мартенсит.

Если нагреть выше этой температуры мелкие зерна аустенита начинают соединяться между собой и чем выше температура нагрева, тем интенсивнее увеличиваются размеры. Крупнозернистая структура ухудшает механические свойства стали.

Таким образом, более высокие эксплуатационные свойства будет иметь деталь, закаленная при температуре 840°С.

Высокий отпуск создает наилучшие соотношение прочности и вязкости стали, Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением.

Следовательно отпуск применимый для данной стали закаленная при температуре 840°С.

4. Для изготовления ряда деталей самолета выбран сплав Д16. Опишите состав сплава, режим упрочняющей термической обработки и получаемую микроструктуру. Опишите процессы, протекающие при термообработке

Алюминиевый сплав марки Д16 больше известен как дюраль или дюралюминий. Такое название носят все сплавы, в которых к алюминию добавлены медь и магний. Результатом такого смешения становится получение уникального по своим физическим свойствам материала, который используется в самых ответственных конструкциях. По твердости и механической прочности он не уступает стали, но, в отличие от нее, обладает в 3 раза более легким удельным весом. В связи с этим, он активно используется во всех областях промышленности, особенно в авиастроении, при изготовлении силовых конструкционных элементов.

Химический состав в% материала Д16

Fe	Si	Mn	Ni	Ti	Al	Cu	Mg	Zn	Примесей
до 0.5	до 0.5	0.3 - 0.9	до 0.1	до 0.1	90.8 - 94.7	3.8 - 4.9	1.2 - 1.8	до 0.3	прочие, каждая 0.05; всего 0.1

Дюралюминий Д16 относится к алюминиевым сплавам, содержащим до 94,7% алюминия. Остальное приходится на легируемые элементы - медь, магний, марганец, а также ряд примесей.

Примеси железа и кремния негативно сказываются на прочности и пластичности сплава Д16, поэтому их содержание строго регламентируется стандартом - доля каждого из них не должна превышать 0,5-0,7%.

Марганец не входит в состав упрочняющих фаз, но его присутствие в дюралюминии повышает его антикоррозийность, улучшает механические свойства и увеличивает температуру рекристализации. В связи с этим, сплав Д16 удовлетворительно куется, режется и фрезеруется с помощью размерного травления, а также сваривается точечной сваркой.

Термическая обработка деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов, основана на том, что с понижением температуры растворимость многих элементов в твердом алюминии уменьшается. При нагреве под закалку алюминиевые сплавы неполностью кристаллизуются. Если сплав перегрет, в результате чего структура получилась с крупным зерном, то такой сплав бракуется. Поэтому термист должен быть внимателен к нагреву деталей из алюминиевых сплавов.

Известен способ термической обработки сплава Д16, который заключается в закалке с температуры 490°С, выдержке при этой температуре, охлаждении в воде с температурой 10-40°С и последующем старении при температуре 190°С - 12 часов. Способ принят в качестве аналога.

Охлаждение заготовок при этом способе производят непосредственно с температуры закалки в воде. В этом случае из-за большой разности температур возникают значительные напряжения, приводящие к деформации заготовок. Эти деформации приходится устранять за счет обработки (съема) оставленного припуска фрезерованием, что в дальнейшем приводит к изменению формы и размеров деталей, а это недопустимо, т.к. требует увеличения значительного припуска под дальнейшую обработку.

Известен способ закалки алюминиевых сплавов, который заключается в нагреве до температуры закалки, выдержке при этой температуре и охлаждении в воде с температурой 80-100°С.

Способ взят в качестве прототипа. При этом способе температура при закалке снижается до 390-410°С по сравнению со способом-аналогом. Однако это недостаточно эффективно уменьшает деформацию, т.к. напряжения возникают при охлаждении во время закалки при температуре выше 480°С, когда предел текучести (у_0,2) алюминиевого сплава очень мал (10 кгс/мм²), что и приводит к значительным деформациям заготовок. Эти деформации не устраняются при последующем старении, а после механической обработки на заданные размеры детали самопроизвольно изменяют форму и размеры. Эти изменения размеров невозможно исправить. Поэтому и этот способ термической обработки неэффективен для изготовления высокоточных деталей сложной конфигурации (рам, кронштейнов, корпусов и т.п.).

Технический результат, достигаемый от применения предлагаемого способа, заключается в уменьшении деформации при закалке и старении.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе термической обработки заготовок сплава Д16, включающем закалку в воде с температурой 80-100°С в воде цеховой температуры и старение, охлаждение с температуры закалки производят со скоростью 130-150°С в час до температуры 430°С, выдержка до 3-х минут.

Отличительный признак предлагаемого способа - охлаждение с температуры закалки со скоростью 130-150°С в час до 430°С, выдержка до 3-х минут при этой температуре, что и обеспечивает технический результат.

Микроструктура дуралюмина Д16 (х 300)

На рис. 3 представлены микроструктуры дуралюмина Д16 в литом состоянии, после закалки и после закалки и старения.

Размещено на Allbest.ru

контрольная работа "Основы материаловедения" скачать

Подобные документы

Свойства металлов. Основные параметры при закалке стали
Определение температуры закалки, охлаждающей среды и температуры отпуска деталей машин из стали. Превращения при термической обработке и микроструктура. Состав и группа стали по назначению. Свойства и применение в машиностроении органического стекла.

контрольная работа [1,3 M], добавлен 28.08.2011
Строение металлического слитка. Качество слитка и его влияние на структуру и свойства продукции ОМД
Зоны слитка, их различная структура и описание. Разлив стали в изложницы. Виды металлургических агрегатов: мартеновские печи, кислородные конвертора, электропечи. Типы стальных слитков, их химическая неоднородность, влияние степени раскисленности стали.

контрольная работа [4,7 M], добавлен 12.08.2009
Исследование легированной стали 20ХГР
Марочный химический состав стали по ГОСТ. Превращения переохлажденного аустенита в изотермических условиях и при непрерывном охлаждении. Определение критической скорости закалки и температуры начала мартенситного превращения. Режимы термической обработки.

курсовая работа [4,4 M], добавлен 13.02.2013
Выбор температуры нагрева для закалки стали
Повышение твердости стали за счет образования мартенситной структуры. Превращение перлита в аустенит. Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше критической точки. Основные фазовые превращения, протекающие в сталях при нагреве и охлаждении.

доклад [19,3 K], добавлен 17.06.2012
Влияние термической обработки на износостойкость стали, применяемой для изготовления ножей куттера
Анализ влияния термической обработки на износостойкость стали, применяемой для изготовления ножей куттера. Испытания на трение и износ, при помощи машины типа "II-I-б". Влияние температуры закалки и стадий образования карбидов на износостойкость стали.

статья [169,0 K], добавлен 22.08.2013
Теоретико-экспериментальное обоснование повышения износостойкости пары трения кольцо-маслоотражатель турбокомпрессора методом отпуска
Исследование по определению влияния режимов закалки на твердость стали, из которой изготавливается маслоотражатель торцевого уплотнения: режимы отпуска высокопрочных чугунов на твердость колец и их износ; закалки маслоотражателя на твердость и износ.

дипломная работа [1,1 M], добавлен 22.10.2011
Разливка стали
Кристаллизация стального слитка. Строение механически закупоренных слитков кипящей стали. Преимущества и недостатки использования полуспокойной стали по сравнению с кипящей. Футеровка сталеразливочных ковшей. Влияние скорости разливки на качество стали.

курс лекций [4,7 M], добавлен 30.05.2014
Разливка стали
Развитие и современный уровень металлургического производства. Особенности разливки стали, способы изготовления стальных отливок. Разливка стали в изложницы, затвердевание и строение стального слитка. Особенности и недостатки непрерывной разливки стали.

курсовая работа [2,1 M], добавлен 22.10.2009
Методы упрочнения стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания
Анализ методов выбора стали для упрочнения стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Характеристика стали и критерии выбора оптимальной стали в зависимости от типа цилиндра: химический состав и свойства, термообработка, нагрев и охлаждение.

курсовая работа [177,7 K], добавлен 26.12.2010
Исследования свойств штамповой стали после термической обработки
Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.

дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011

Другие документы, подобные "Основы материаловедения"

весь список подобных работ

скачать работу можно здесь

сколько стоит заказать работу?

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.