Диаграмма состояния железа

 

Механические свойства в зависимости  от температуры отпуска 

t отпуска, °С	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	d4, %	KCU, Дж/м2	HB	HRCэ
Закалка 810 °С, масло.
200	1960-2200	2160-2550					61-63
300	1670-1760	2300-2450					56-58
400	1270-1370	1810-1910					50-52
450	1180-1270	1620-1710					46-48
Закалка 830 °С, масло.
400		1570			15	480
500	1030	1270	8	34	20	400
550	900	1080	8	36	24	360
600	780	930	10	40	34	325
650	690	780	16	48	54	280

 

3) Объясните влияние  легирующих элементов на точки  и линии диаграммы Fe- Fe3C, на  термическую обработку и свойства  стали

 

Легированной называется сталь, в  которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических  свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить  скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15...20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.

По применимости для легирования можно выделить три группы элементов. Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.

Mn,Si,Cr,B;

Ni,Mo;

V, Ti, Nb, W, Zr и др.

Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:

влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;

образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)7С3; (Сг,Ре)23С6; Мо2С и др.;

образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом - Fе7Мо6; Fe3Nb и др.

В следующей таблице показано влияние  наиболее применяемых легирующих элементов  на свойства стали.

 

 

 

 

 

Легирующий элемент	Входит в твердый  раствор с Fe и упрочняет его	Увеличивает ударную  вязкость	Расширяет область аустенита	Сужает область аустенита	Увеличивает прокаливаемость	Способствует раскислению	Образует устойчивые карбиды	Повышает сопротивление  коррозии
Ni	+	+	+	—	+	—	—	+
Cr	+	—	—	+	—	—	+	+
Mn (более 1%)	+	+	+	—	+	+	+	+
Si (более 0,8%)	+	+	—	+	—	+	—	—
W	—	—	—	—	—	—	+	—
Сu (0,3 - 0,5%)	+	—	—	—	—	—	—	+

 

По характеру влияние на полиморфные  превращения легирующие элементы можно  разделить на две группы:

элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);

элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при  достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные  сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.

Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его  прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем  выше его прочность.

Многие  легирующие элементы способствуют измельчению  зерен феррита и перлита в  стали, что значительно увеличивает  вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля, при  содержании их в растворе выше определенного  предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.

Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом  теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените  при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при  нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести.

Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием  холодной деформации.

Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают  критическую скорость закалки и  увеличивают прокаливаемость. Для  многих аустенитных сплавов критическая  скорость закалки снижается до 20°С/с  и ниже, что имеет большое практическое значение.

Карбидообразующие элементы: Fe - Mn - Cr - Mo - W - Nb - V - Zr - Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита  при нагреве. Сталь, легированная этими  элементами, при одинаковой температуре  сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность.

Интерметаллиды образуются при  высоком содержании легирующих элементов  между этими элементами или с  железом. Примером таких соединений могут служить Fe7Mo6, Fe3Nb2 и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.

 

4. Для изготовления  деталей машин и приборов выбран  сплав цветного металла Л90

 

1) Расшифруйте состав, укажите,  к какой группе относится сплав,  приведите примеры деталей из  него

Состав Л90 – 90% меди, 10 % цинка

 

Химический состав в % материала Л90

Fe	P	Cu	Pb	Zn	Sb	Bi	Примесей
до 0.1	до 0.01	88 - 91	до 0.03	8.8 - 12	до 0.005	до 0.002	всего 0.2

 

Группа – Медные сплавы

Латунь Л90, обладает хорошими механическими  и коррозионными свойствами. Она  применяется для изготовления змеевиков, сильфонов, деталей теплотехнической и химической аппаратуры.

Латунь Л90 хорошо сваривается со сталью при совместной прокатке, в  связи с чем успешно применяется  для плакировки и изготовления биметалла. Отличаясь красивым золотистым цветом, латунь Л90 применяется для изготовления фурнитуры и украшений.

2) Опишите влияние  легирующих элементов.

Достоинства легированных сталей:

1. особенности обнаруживаются в  термически обработанном состоянии,  поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;

2. улучшенные легированные стали  обнаруживают более высокие показатели  сопротивления пластическим деформациям;

3. легирующие элементы стабилизируют  аустенит, поэтому прокаливаемость  легированных сталей выше;

4. возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;

5. повышаются запас вязкости  и сопротивление хладоломкости,  что приводит к повышению надежности  деталей машин.

Недостатки:

1. подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;

2. в высоколегированных сталях  после закалки остается аустенит  остаточный, который снижает твердость  и сопротивляемость усталости,  поэтому требуется дополнительная  обработка;

3. склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.

4. склонны к образованию флокенов.

 

3) Назовите термообработку, возможности упрочнения, режим, структуру  и свойства сплава

 

Термообработка: Отжиг Л90. При обработке  цветных металлов (чеканка, выколотка  и др.) иногда приходится снимать напряжения, возникшие при обработке. Для этого необходимо отжечь заготовку. Отжиг проводят при следующих температурах: 600 – 7000С охлаждение на открытом воздухе

Возможности упрочнения: Механические свойства Латуни изменяются в широких  пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией можно увеличить твёрдость и предел прочности в 1,5-3 раза при одновременном снижении пластичности (наклёп), а последующий рекристаллизационный отжиг позволяет частично или полностью (в зависимости от температуры и его продолжительности) восстановить исходные (до деформации) свойства.

Т.к. сплав цветного металла Л90 имеет  цинка меньше 39% то структуру состоящую  из зерен a-фазы и называются однофазными. Микроструктура литой однофазной латуни имеет дендритное строение (рис. а). Эта же латунь после холодной обработки давлением и рекристаллизационного отжига, имеет зернистую структуру с наличием двойников (рис. б).

 

Механические свойства при Т=20oС материала Л90 .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
сплав твердый			440-520		2-4

 

Литейно-технологические  свойства материала Л90 .

Температура плавления, °C :	1045
Температура горячей  обработки,°C :	700 - 850
Температура отжига, °C :	450 - 600

 

5. Выбран неметаллический  материал Термопластические пластмассы

1) Укажите состав и  свойства, назначение материала,  назовите изготавливаемые из  него детали.

Термопласты – это синтетические  материалы, которые при нагревании становятся мягкими, а при охлаждении снова твердеют. Они состоят из нитеобразных (цепных) макромолекул, которые  в большинстве случаев между  собой переплетаются, как волокна  фетра или могут быть связаны между собой (частично-кристаллическое строение). При невысоких температурах цепные молекулы лежат плотно и почти неподвижно друг возле друга. Пластмасса твердая и хрупкая. С увеличением температуры цепи молекул начинают двигаться, и силы притяжения между ними становятся все меньше. Пластмасса становится эластичной. При дальнейшем нагревании силы притяжения уменьшаются так сильно, что отдельные молекулы начинают скользить относительно друг друга, пластмасса становится пластичной. Так как цепи молекул мешают друг другу в их движении при дальнейшем повышении температуры, то пластмасса становится только вязкой и текущей, но не газообразной. При охлаждении изменения состояния материала происходят в обратном порядке. Они могут повторяться сколько угодно, если только за счет перегрева не разорвутся цепи молекул, в результате чего наступает химическое разложение синтетического материала.

Термопласты в их твердом состоянии  могут обрабатываться резанием. В  пластическом состоянии можно изменять их форму путем изгиба, вытяжки и выдувания. Если пластмасса мягкая, то се применяют путем распыления, прессования, прокатки или вспенивания.

Важными термопластами являются поливинилхлорид (PVC), поливинилацетат (PVAC), полистирол (PS), полиэтилен (РЕ). Также важнейшие  термопласты – это полиметилметакрилат или акриловое стекло (РММА), полиамид (РА), поликарбонат (PC) и полиизобутилен (Р1В).

Назначение:

Полиэтилен легко обрабатывается, хороший диэлектрик, легко окрашивается, горюч. Из него изготавливают пленки, кульки, различную домашнюю утварь, детали механизмов, не испытывающие больших нагрузок.

Поливинилхлорид (винипласт) – пластмасса белого цвета, но легко окрашивается химическими методами, пластична. Идет на изготовление облицовочной плитки, линолеума, листового пластика, бытовых изделий.

Акрилопласт (органическое стекло) прозрачен, хорошо поддается обработке, окрашивается химическими методами, горюч. Применяется  для изготовления различных деталей  бытовых и промышленных устройств.

Полистирол прозрачен, хорошо окрашивается в разные цвета, обладает высокими электроизолирующими свойствами, легко обрабатывается, пластичен, растворим в дихлорэтане и ацетоне. Применяется для изготовления облицовочной плитки, бытовых товаров, игрушек.