АНАЛИЗ ДИАГРАММЫ ЖЕЛЕЗО-ЦЕМЕНТИТ. ВЫБОР РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Расчетно-графическая работа
по дисциплине
«Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
Вариант № 40
РГР-02068025.35.03.02.040
Автор работы ______________ А.В.Иванов
Группа ТД-101 № зачётной книжки: 18-3.040
Дата регистрации «____»____ 2018 г. _____________ Н.В.Дмитриева
Допуск к защите: «____»____ 2018 г. _____________ Н.В.Дмитриева
Дата защиты: «____»____ 2018 г.
Руководитель работы ____________ канд. техн. наук, доц. Н.В.Дмитриева
Брянск 2018
Образец 2
ВАРИАНТ № ____
Вопрос 1.
Вопрос 2.
Вопрос 3.
Студент _________________ группа ______________
Дата выдачи __________________________________
Срок сдачи ___________________________________
Дата защиты __________________________________
Руководитель _________________________________
Подпись _____________________________________
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
Задание для расчетно-графической работы состоит из трех вопросов и выдается индивидуально каждому студенту. Студент выбирает вариант задания по двум последним цифрам зачетной книжки.
|
|
|
ВАРИАНТЫ №№ 1 - 15
Задача 1. Вычертить диаграмму состояния железо-цементит, указать структурные составляющие во всех областях диаграммы, привести ее описание, охарактеризовать превращения и построить кривую охлаждения (с применением правила фаз) от 1600°С до комнатной температуры для сплава, содержащего А %С.
Задача 2. Рассчитать количество каждой фазы (с применением правила отрезков) в заданном сплаве при температуре t °С.
Задача 3. Используя диаграмму состояния железо-цементит, назначьте температуру закалки и температуру отпуска изделий из заданной марки стали. Опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.
Таблица 1
Исходные данные
| №№ варианта | Задача 1 | Задача 2 | Задача 3 | |
| А, %С | t, °С | наименование изделия | марка стали | |
| 1 | 0,12 | 650 | метчик | сталь У10 |
| 2 | 0,25 | 750 | рессора | сталь 65 |
| 3 | 0,50 | 700 | зубило | сталь У8 |
| 4 | 0,60 | 1450 | диск | сталь 50 |
| 5 | 0,80 | 1430 | плашка | сталь У11А |
| 6 | 1,5 | 800 | пружина | сталь 70 |
| 7 | 2,4 | 1300 | напильник | сталь У13 |
| 8 | 3,2 | 1000 | вал | сталь35 |
| 9 | 4,3 | 1100 | зенкер | сталь У12А |
| 10 | 5,0 | 1150 | рессора | сталь 60 |
| 11 | 6,0 | 1200 | сверло | сталь У9 |
| 12 | 1,0 | 720 | фланец | сталь 30 |
| 13 | 1,8 | 900 | втулка | сталь 45 |
| 14 | 2,9 | 1250 | пружина | сталь 75 |
| 15 | 4,0 | 600 | шпиндель | сталь 40 |
ВАРИАНТЫ №№ 16 - 30
|
|
|
Задача 1. Вычертить диаграмму состояния железо-цементит, указать структурные составляющие во всех областях диаграммы, привести ее описание, охарактеризовать превращения и построить кривую нагревания (с применением правила фаз) от комнатной температуры до 1600 °С для сплава, содержащего А %С.
Задача 2. Рассчитать количество каждой фазы (с применением правила отрезков) в заданном сплаве при температуре t °С.
Задача 3. Используя диаграмму состояния железо-цементит, назначьте температуру отжига для заданной марки стали. Опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.
Таблица 2
Исходные данные
|
|
|
| №№ варианта | Задача 1 | Задача 2 | Задача 3 |
| А, %С | t, °С | марка стали | |
| 16 | 0,15 | 600 | сталь У7 |
| 17 | 0,20 | 650 | сталь 10 |
| 18 | 0,45 | 730 | сталь У8 |
| 19 | 0,65 | 700 | сталь 20 |
| 20 | 0,90 | 1450 | сталь У9 |
| 21 | 1,0 | 1400 | сталь 30 |
| 22 | 1,7 | 810 | сталь У10 |
| 23 | 2,5 | 1200 | сталь 40 |
| 24 | 3,5 | 900 | сталь У11 |
| 25 | 5,2 | 1147 | сталь 50 |
| 26 | 1,3 | 750 | сталь У12 |
| 27 | 2,8 | 1100 | сталь 60 |
| 28 | 3,7 | 1150 | сталь У13 |
| 29 | 4,8 | 850 | сталь 70 |
| 30 | 5,5 | 1200 | сталь 45 |
ВАРИАНТЫ №№ 31 - 40
Задача 1. Вычертить диаграмму состояния железо-цементит, указать структурные составляющие во всех областях диаграммы, привести ее описание, охарактеризовать превращения и построить кривую охлаждения (с применением правила фаз) от 1600 °С до комнатной температуры для заданной марки стали.
Задача 2. Рассчитать (с применением правила отрезков) и зарисовать микроструктуру стали при комнатной температуре.
Задача 3. Используя диаграмму состояния железо-цементит, назначьте температуру нормализации для заданной марки стали. Опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.
Таблица 3
|
|
|
Исходные данные
| №№ варианта | Задача 1,2,3 |
| марка стали | |
| 31 | сталь 20 |
| 32 | сталь 30 |
| 33 | сталь 40 |
| 34 | сталь 50 |
| 35 | сталь 60 |
| 36 | сталь У7 |
| 37 | сталь У9 |
| 38 | сталь У10 |
| 39 | сталь У11 |
| 40 | сталь У13 |
ВАРИАНТЫ №№ 41 - 50
Задача 1. Вычертить диаграмму состояния железо-цементит, указать структурные составляющие во всех областях диаграммы, привести ее описание, охарактеризовать превращения и построить кривую охлаждения (с применением правила фаз) от 1600 °С до комнатной температуры для белого чугуна, содержащего А %С.
Задача 2. Рассчитать (с применением правила отрезков) и зарисовать микроструктуру чугуна при комнатной температуре.
Задача 3. Используя диаграмму состояния железо-цементит, назначьте температуру закалки для заданной марки стали. Опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.
Таблица 4
Исходные данные
| №№ варианта | Задача 1,2 | Задача 3 |
| А, %С | марка стали | |
| 41 | 2,3 | сталь 15 |
| 42 | 2,8 | сталь 25 |
| 43 | 3,2 | сталь 35 |
| 44 | 3,7 | сталь 45 |
| 45 | 4,0 | сталь 60 |
| 46 | 4,3 | сталь У7 |
| 47 | 4,8 | сталь У8 |
| 48 | 5,2 | сталь У9 |
| 49 | 5,5 | сталь У10 |
| 50 | 2,5 | сталь У12 |
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
1. Записать условие задачи 1.
2. Вычертить в масштабе на листе формата А3 (или миллиметровой бумаге) диаграмму состояния железо-цементит.
3. Привести описание диаграммы железо-цементит.
4. Привести описание правила фаз и построить кривую охлаждения (или нагревания) с его применением.
5. Охарактеризовать превращения, происходящие в сплаве при охлаждении (или нагревании).
6. Записать задание условие задачи 2.
7. Привести формулировку правила отрезков и рассчитать структуру (или фазовый состав) заданного сплава по этому правилу.
8. Записать задание условие задачи 3.
9. Описать сущность термической обработки стали.
10. С использованием диаграммы состояния железо-цементит определить температуру нагрева при термической обработке заданной стали. Указать эту температуру на диаграмме.
11. Охарактеризовать превращения, происходящие в стали при заданной термической обработке.
12. Указать исходную структуру стали и структуру после термической обработки.
13. Описать свойства стали после термической обработки.
ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ
Задача 1. Вычертить диаграмму состояния железо-цементит, указать структурные составляющие во всех областях диаграммы, привести ее описание, охарактеризовать превращения и построить кривую охлаждения (с применением правила фаз) от 1600 °С до комнатной температуры для сплава, содержащего 0,3 %С.
Диаграмма состояния железо-углерод (железо-цементит) представлена на рис.1.
Описание диаграммы железо-цементит, правил фаз и отрезков, а также превращений, происходящих в сплавах при охлаждении, приводится с использованием рекомендуемой литературы [1],[2].
Рассмотрим превращения, происходящие в сплаве (0,3 %С) при охлаждении, и построим кривую охлаждения для заданного сплава (рис.2) с применением правила фаз.
Выше линии АВ (линии ликвидус) сплав находится в жидком расплавленном состоянии (Ж). При достижении температуры линии АВ (точка 1) и ниже этой линии происходит выделение феррита из жидкого сплава. Поэтому ниже точки 1 структура сплава состоит из жидкого раствора и кристаллов феррита (Ф + Ж).
Линия HJB (точка 2) – линия перитектического нонвариантного (С = 0) равновесия (1490°С). При достижении температуры, соответствующей линии HJB, происходит перитектическая реакция – жидкость состава точки В (0,51 %С) взаимодействует с кристаллами феррита состава точки Н с образованием аустенита состава точки J:
ЖВ + ФН ® АJ.
Итак в сплаве, содержащем 0,3 %С при перитектической температуре образуется аустенит, но некоторое количество жидкой фазы остается:
ЖВ + ФН ® ЖВ + АJ.
Поэтому при температуре ниже линии JB (точки 2) рассматриваемый сплав имеет двухфазную структуру, состоящую из аустенита и жидкой фазы (А + Ж).
Процесс кристаллизации закончится по достижении температуры, соответствующей линии JE (точка 3). После затвердевания сплав приобретает однофазную структуру – аустенит (А).
При достижении температуры линии GS диаграммы (точка 4) из аустенита начинает выделяться феррит, и поэтому ниже линии GS структура сплава состоит из феррита и аустенита (Ф + А).
Линия эвтектоидного превращения PSK (727°С) при охлаждении соответствует распаду аустенита (0,8 %С) с образованием эвтектоида - ферритоцементитной структуры, получившей название перлит.
При охлаждении сплава, содержащего 0,3 %С, до температуры линии PSK (точка 5) происходит следующее эвтектоидной превращение:
АS ® ФР + ЦК, т.е. А ® П.
Следовательно, ниже линии PSK сплав, содержащий 0,3 %С, состоит из перлита и феррита (П + Ф). Такую структуру имеет доэвтектоидная сталь 30.
Рис.1. Диаграмма состояния железо-углерод (железо-цементит)
 |
Рис.2. Кривая охлаждения сплава (0,3 %С)
Задача 2. Рассчитать количество каждой фазы (с применением правила отрезков) в сплаве, содержащем 1,5 %С при температуре 1350 °С.
Сплав, содержащий 1,5 %С, называется заэвтектоидной сталью. Такой сплав имеет исходную структуру, состоящую из перлита и вторичного цементита. Фазовый состав сплава при температуре 1350°С – аустенит + жидкость.
Рассчитаем по правилу отрезков фазовый состав сплава, содержащего 1,5 %С (рис.1):
Задача 3. Используя диаграмму состояния железо-цементит, назначьте температуру закалки для стали 40. Опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.
Сталь 40 является доэвтектоидной сталью, содержащей 0,4 %С.
Закалка – заключается в нагреве стали выше критической температуры, выдержке и быстром охлаждении со скоростью выше критической. При таком охлаждении происходит бездиффузионное превращение аустенита. Образующийся пересыщенный раствор углерода в a-железе называется мартенситом.
Выбор температуры закалки сталей проводится по диаграмме железо-цементит. Для доэвтектоидной стали 40 проводится полная закалка; при этом нагрев стали производится до температуры на 30-50 °С выше линии GS. Для стали 40 эта температура составляет ~ 840-850 °С (рис.1).
Сталь, закаленная на мартенсит, находится в сильно напряженном состоянии и обладает повышенной твердостью и хрупкостью. Для снижения внутренних напряжений применяют отпуск сталей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для студентов немашиностроительных спец. ВУЗов. – М.: Высшая школа, 2007. – 446с., ил.
2. Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. – М.: Высш. шк., 2009. – 637 с.
3. Сильман, Г.И. Материаловедение : учеб.пособие для вузов по специальностям направления подгот. "Металлургия, машиностроение и материалопереработка" / Г. И. Сильман. - М.: Академия, 2008. - 335 с.
Дмитриева Наталья Викторовна
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 2104; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!