Контрольная по материаловедению

Вариант 1.

1. Назовите линию солидус на диаграмме.
2. Что такое перлит?
3. Из какой фазы при охлаждении выделяется первичный цементит?
4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 3,3 % С. Дайте характеристику этого сплава.
5. Определите для заданного сплава при температуре 1200 °С:
− химический состав фаз,
− число степеней свободы.
6. Зависит ли прочность серого чугуна от формы графитных включений?
Список использованной литературы

1. Назовите линию солидус на диаграмме.

Диаграмма состояния – графическое изображение фазового состава всех сплавов данной системы в зависимости от температуры и концентрации компонентов.
Наиболее важное значение имеет диаграмма состояния железо-цементит (рис. 1), которая охватывает железоуглеродистые сплавы (стали и чугуны), содержащие углерод в количестве от 0 до 6,67 %.

Рисунок 1 – Диаграмма состояния железо-цементит

Линия солидус – линия окончания первичной кристаллизации. Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.
На диаграмме состояния железо-цементит линия солидус – линия АHJЕСF (рис. 1).

2. Что такое перлит?

Перлит (П) – механическая смесь (двухфазная эвтектоидная) феррита и цементита, содержащая 0,8 % углерода. Он образуется при температуре 727 °С в результате распада аустенита в процессе его охлаждения.
Перлит согласно диаграмме железо- цементит (рис. 1) после медленного охлаждения имеет пластинчатое строение (чередующиеся пластинки феррита и цементита) (рис. 2, а).

Рисунок 2 – Строение перлита пластинчатого (а) и зернистого (б)

Перлит отличается достаточной прочностью и твердостью (160–200 НВ). При определенных условиях перлит может иметь зернистое строение (зернистый перлит) (рис. 2, б).

3. Из какой фазы при охлаждении выделяется первичный цементит?

Цементит – химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fе₃С, содержит 6,67 % углерода. Он имеет очень высокую твердость (НВ = 800), хрупкий.
Различают цементит первичный, вторичный и третичный (рис. 3):
- первичный цементит выделяется из жидкого сплава при первичной кристаллизации (ниже линии CD на диаграмме),
- вторичный цементит выделяется при вторичной кристаллизации (ниже линии ЕS),
- третичный цементит – ниже линии PQ.

Рисунок 3 – Диаграмма состояния железо - цементит

4. Укажите фазы и структурные составляющие, имеющиеся при комнатной температуре в сплаве с 3,3 % С. Дайте характеристику этого сплава.

Диаграмма железо – цементит показана на рис. 4.

Рисунок 4 – Диаграмма железо – цементит

Структура сплава, содержащего 3,3 % углерода, при комнатной температуре будет состоять из ледебурита (перлит + цементит), перлита и цементита вторичного. В сплаве 2 фазы – феррит и цементит. Такой сплав называется белым доэвтектическим чугуном (рис. 5).

Рисунок 5 – Микроструктура белого доэвтектического чугуна

5. Определите для заданного сплава при температуре 1200 °С:
− химический состав фаз,
− число степеней свободы.

Определим для заданного сплава при температуре 1200 °С химический состав фаз.
В сплаве при заданной температуре 2 фазы – аустенит и жидкий сплав. Аустенит содержит 1,8 % углерода, жидкий сплав содержит 4 % углерода.
Определим для заданного сплава при температуре 1200 °С число степеней свободы.
Для металлических сплавов правило фаз принимает следующий вид:
С = К – Ф + 1(1)
где С – число степеней свободы;
К – количество компонентов;
Ф – количество фаз.
В системе 2 компонента, в сплаве 2 фазы (Ж, А).
Число степеней свободы:
С = 2 – 2 + 1 = 1.

6. Зависит ли прочность серого чугуна от формы графитных включений?

Чугун — сплав железа(Fe) (основа) с углеродом(С) ,содержащий постоянные примеси (Si, Mn, S, Р).
Чугун, в котором большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита пластинчатого, называется серым чугуном. Этот чугун имеет хорошие литейные свойства, значительно дешевле других сплавов, он достаточно прочный. Серый чугун широко применяется в машиностроении для отливок различных деталей машин.
Обычно серый чугун содержит 2,8—3,6% углерода, 1,6—3,0% кремния, 0,5—1% марганца, 0,2—0,8% фосфора и 0,05—0,12% серы.
Графит в сером чугуне располагается в форме пластинок, которые разъединяют основную металлическую массу и понижают прочность чугуна.
Свойства серого чугуна (механические и литейные) целиком зависят от химического состава и структур, возникающих в процессе его получения.
Структура серого чугуна представляет собой стальную основу, пронизанную графитовыми включениями пластинчатой формы. Серые чугуны по структуре бывают ферритные, перлитные, перлитно-ферритные (рис. 6).
Механическая прочность серого чугуна зависит от формы, величины и распределения графитовых включений, а также от прочности основной металлической массы, т.е. структуры.
Графитовые включения в чугуне не связаны с металлической основой. Поэтому при увеличении содержания углерода повышается объем графитовых включений, что снижает их прочность.
Чем меньше углерода и более мелкие по величине пластинки его, тем выше механические свойства чугуна.
Графитовые включения являются концентраторами напряжений. Чем острее концентратор напряжений, тем при меньших нагрузках происходит разрушение изделия. Поэтому форма графитовых включений определяет прочность чугуна. Пластины графита обладают острыми краями по сравнению с другими формами графитовых включений. В связи с этим, наименьшей прочностью обладают чугуны с пластинчатой формой графитовых включений, а наибольшей – с шаровидной (глобулярной). Чугуны с хлопьевидным и вермикулярным графитом занимают промежуточное положение.

Рисунок 6 – Структура серого чугуна с различной металлической основой

а – ферритная, б – ферритно-перлитная, в - перлитная

Таким образом, прочность серых чугунов зависит от формы и размеров графитных включений.

Список использованной литературы

1.Гуляев, А.П. Металловедение [Текст]: учеб. для вузов / А.П. Гуляев. – 6-е изд., перераб. и доп. – М. : Металлургия, 1986. – 544 с.
2.Лахтин Ю.М. Материаловедение и термическая обработка металов. –М.: Металлургия, 1983. – 359с.
3.Стерин И.С. Машиностроительные материалы. Основы металловедения и термической обработки, 2003, – 344 с.
4.Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др/; Под общ. ред. В. Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.
5.Материаловедение: учеб. пособие / под общ. ред. Л.Г. Петровой, Г.В. Гладовой, О.В. Чудиной. – М.: МАДИ (ГТУ), 2008. – 288 с.
6.Арзамасов, Б. Н. Материаловедение / Б. Н. Арзамасов [и др.]. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. – 646 с.

Заявка на услуги

Укажите наиболее удобный для ВАС способ связи
и с Вами свяжутся в ближайшее время

Нажимая на кнопку, Вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями.