Контрольная работа по "Материаловедению"

В зависимости от режима обработки стали, будут приобретены различные механические свойства, которые требуется получить для производства той или иной стали. Ниже приведена таблица механических свойств в зависимости от температуры отпуска полученных при закалке с 880оС в масле и после отпуска с охлаждением в масле.

При химико-термической обработке цементации.

Основным способом цементации в массовом производстве на сегодняшний день, значительно сокращающим длительность процесса, является цементация в газовых средах. Здесь цементация осуществляется в шахтных печах периодического действия, либо в без муфельных печах непрерывного действия. В качестве карбюризатора используется природный газ, состоящий в основном из метана (СН4), жидкие углеводороды (бензол, синтин, керосин и др.), подающиеся в виде капель в реторту печи и испаряющиеся с образованием атомарного углерода.

Процесс идет при температуре 900-950 0С с основными реакциями:

СН4 ® 2Н2 + С атомарный

2СО ® СО2 + С атомарный

Глубина науглероживания при цементации составляет 0,5-2 мм при скорости  0,I2 - 0,I5 мм/час. Процесс цементации изменяет структуру стали в поверхностном слое. При оптимальном режиме цементации после медленного охлаждения в структуре цементованного слоя можно различить три зоны: на поверхности заэвтектоидную, состоящую из перлита и вторичного цементита, образующего сетку по бывшему зерну аустенита; звтектоидную, состоящую из однородного пластинчатого перлита и доэвтектоидную, состоящую из перлита и феррита. По мере удаления от поверхности к сердцевине количество перлита уменьшается, а феррита увеличивается.

За глубину цементованного слоя принимается сумма заэвтектоидной, эвтоктоидной и половины доээтектоидной зон (до содержания 0,4-0,5 % С).

Независимо от способа цементации концентрация углерода в поверхностном слое не должна превышать 1,1-1,2 %. Более высокое содержание ведет к повышению хрупкости стали.

Задача цементации - получить высокую поверхностную твердость и износоустойчивость при вязкой сердцевине не решаются одной цементацией. Цементацией достигается лишь выгодное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая закалка, после которой на поверхности получается высокоуглеродистый мартенсит, а сердцевина сохраняет нужную твердость и высокую вязкость. После закалки для снятия внутренних напряжений цементованные детали подвергают низкому отпуску при температурах 150-200 0С.

В итоге обеспечивается твердость поверхности HRC 58-62 и сердцевины – HRC 25-35 для легированных сталей. Для углеродистых твердость сердцевины еще ниже.

При назначении режима термической обработки цементованных деталей необходимо учитывать следующие обстоятельства:

l. Длительный нагрев при  цементации вызывает рост аустенитного  зерна.

2. Цементованные детали имеют неравномерное распределение углерода по сечению – 0,8-1,2 % с поверхности и 0,I-0,3 %- в сердцевине.

При повышенных требованиях к структуре и свойствам деталей они охлаждаются после цементации на воздухе, а потом подвергается закалке с температуры 650-900 0С, которая выше верхней критической точки (АС3) для сердцевины и поверхности. В результате в сердцевине происходит полная перекристаллизация и зерно измельчается. В поверхностном слое растворяется цементитная сетка, если она образовалась при цементации и образуется структура крупно игольчатого мартенсита, т.к. такой нагрев является перегревом для эазвтектоидной стали (оптимальной температурой нагрева заэвтектоидной стали под закалку является АС1+(30+50 0С).

Конечной операцией является низкий отпуск при температуре 180-200 0С.

Рисунок  4– График химико-термической обработки стали 25ХГМ

 

 

 

 

 

 

 

5. Какие группы легирующих элементов в титановых сплавах вы знаете? Каково их влияние на свойства? Приведите классификацию титановых сплавов по структуре в равновесном состоянии

 

 

Титан имеет две полиморфные модификации: a -титана с гексагональной плотноупакованной решеткой с периодами а = 0,296 нм, с = 0,472 нм и высокотемпературную модификацию  b -титана с кубической объемно-центрированной решеткой с периодом а = 0,332 нм при 900 ° С. Температура полиморфного a ®b -превращения составляет 882 ° С.

Основной целью легирования титановых сплавов является повышение прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости. Широкое применение нашли сплавы титана с алюминием, хромом, молибденом, ванадием, марганцем, оловом и др. элементами. Легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.

На формирование структуры и, следовательно, свойств титановых сплавов решающее влияние оказывают фазовые превращения, связанные с полиморфизмом титана. На рис. 5 представлены схемы диаграмм состояния «титан-легирующий элемент», отражающие подразделение легирующих элементов по характеру влияния на полиморфные превращения титана на четыре группы.

a -Стабилизаторы (Al, O, N), которые повышают температуру полиморфного превращения a ¬ b и расширяют область твердых растворов на основе a -титана (рис. 5, а). Учитывая охрупчивающее действия азота и кислорода, практическое значение для легирования титана имеет только алюминий. Он является основным легирующим элементом во всех промышленных титановых сплавах, уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, а также повышает прочность и модуль упругости. Сплавы с устойчивой a -структурой термической обработкой не упрочняются.

Изоморфные b -стабилизаторы (Mo, V, Ni, Ta и др.), которые понижают температуру a¬bпревращения и расширяют область твердых растворов на основе b -титана (рис. 5, б).

Эвтектоидообразующие b -стабилизаторы (Cr, Mn, Cu и др.) могут образовывать с титаном интерметаллиды типа TiХ. В этом случае при охлаждении b -фаза претерпевает эвтектоидное превращение b®a + TiХ (рис. 5, в). Большинство b -стабилизаторов повышает прочность, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов, несколько снижая их пластичность (рис. 5). Кроме того, сплавы с (a + b) и псевдо-b -структурой могут упрочняться термообработкой (закалка + старение).

Нейтральные элементы (Zr, Sn) не оказывают существенного влияния на температуру полиморфного превращения и не меняют фазового состава титановых сплавов (рис. 5, г).

Полиморфное b®a превращение может происходить двумя путями. При медленном охлаждении и высокой подвижности атомов оно происходит по обычному диффузионному механизму с образованием полиэдрической структуры твердого a -раствора. При быстром охлаждении — по бездиффузионному мартенситному механизму с образованием игольчатой мартенситной структуры, обозначаемой a’  или при большей степени легированности — a’’. Кристаллическая структура a, a’, a’’практически однотипная (ГПУ), однако решетка a’и a’’ более искажена, причем степень искаженности возрастает с увеличением концентрации легирующих элементов. Есть сведения

[7] , что решетка a’’ -фазы скорее ромбическая, чем гексагональная. При старении из фаз a’ и a’’ выделяется b -фаза или интерметаллидная фаза.

Рисунок 5 - Диаграммы состояний систем «Тi-легирующий элемент» (схемы):  
а) «Тi-a -стабилизаторы»;  
б) «Тi-изоморфные b -стабилизаторы»; 
в) «Тi-эвтектоидообразующие b -стабилизаторы»;  
г) «Тi-нейтральные элементы»

 

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные; по уровню механических свойств — на сплавы невысокой прочности и повышенной пластичности,средней прочности, высокопрочные; по условиям применения — на хладостойкие, жаропрочные, коррозионностойкие. По способности упрочняться термообработкой они делятся на упрочняемые инеупрочняемые, по структуре в отожженном состоянии — на a -, псевдо-a -, (a + b )-, псевдо-b - и b -сплавы (табл. 5).

 

Таблица 5 – Классификация титановых сплавов по структуре

Группа сплавов	Марка сплава
a -Сплавы	ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ5, ВТ5-1, ПТ-7М
Псевдо-a -сплавы   (Кb < 0,25)	ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ20, АТ3
(a + b )-Мартенситного класса (Кb = 0,3–0,9)	ВТ6С, ВТ6, ВТ14, ВТ8, ВТ9, ПТ-3В, ВТ3-1, АТ3
(a + b )-Сплавы переходного класса (Кb = 1,0–1,4)	ВТ22, ВТ30*
Псевдо-b -сплавы (Кb = 1,5–2,4)	ВТ35*, ВТ32*, ВТ15
b -Сплавы (Кb = 2,5–3,0)	4201*

*Опытные сплавы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Солнецев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. СПб, Химиздат, 2007. 784 с.
2. Стали и сплавы. Марочник сталей и сплавов/ В.Г. Сорокин. М.: Интернет инженериг, 2001. 608 с.
3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.М.: Машиностроение, 1990. 528 с.
4. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение.- М.:Металлургия, 1989.
5. Гуляев А.П. Металловедение.- М.: Металлургия, 1986.
6. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение. М.: Высшая школа, 1990.
7. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин А.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов.- М.: Металлургия, 1981.
8. Лахтин Ю.М. Основы материаловедения.- М.: Металлургия, 1988.