ts Контроольная 2008 | 2. Материаловедение | 6. Технические дисциплины | Компания Инфоуслуги
Главная arrow Магазин arrow 6. Технические дисциплины arrow 2. Материаловедение arrow

Поиск в активной категории
 
Поиск осуществляется только в выбранном пункте меню
Инфо:

Цена: 400

 

Вопрос 1

 

Для кристаллической решетки меди определите координационное число и рассчитайте коэффициент укладки. Объясните физическую природу хорошей пластичности меди.

 

Атом меди имеет гранецентрированную кубическую решетку, т.е. содержит атом в каждой вершине единичной ячейки и в центре каждой из ее граней (рис.1).

Координационное число - это число ближайших атомов в регулярно повторяющейся структуре кристалла (рис.1). Для атома меди координационное число К12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1 Кубическая гранецентрированная решетка


Прочность металла зависит от плотности упаковки его кристаллической решетки.

Коэффициент компактности - это отношение объема атомов в элементарной ячейке ко всему ее объему. Атомы рассматриваются как «твердые шарики» радиуса r.

Таким образом, в ГЦК постоянная решетки а связана с атомным радиусом r соотношением:

 

Коэффициент компактности рассчитывается по формуле:

 

Установлено, что  в монокристаллах пластическая деформация происходит под действием касательных напряжений, вызывающих скольжение атомных плоскостей друг относительно друга - явление сдвига. Плоскости скольжения характеризуются наиболее плотной упаковкой атомов в направлениях, по которым межатомные расстояния минимальны. Поэтому сдвиг атомов в этих плоскостях приводит к минимальным нарушениям правильности их расположения, а следовательно, смещение может быть осуществлено при наименьших напряжениях. Чем больше таких плоскостей в кристаллитах, тем более пластичен металл.

Металлы с кубической кристаллической решеткой (ОЦК) обладают высокой пластичностью, так как скольжение в них происходит во многих направлениях.

Число систем скольжения неодинаково в металлах с разным типом решеток. В меди имеющей ГЦК решетку - скольжение протекает по плоскостям октаэдра (111) и в направлении диагонали грани куба [110]. Четыре плоскости скольжения и три направления скольжения в каждой их них образуют 12 эквивалентных систем.

Другой механизм пластического деформирования - двойникование, или двойниковый сдвиг, чаще всего в металлах и сплава, имеющих ГЦК, или ОЦК решетку. В отличие от обычного сдвига двойниковый совершается только раз и не приводит к значительным пластическим деформациям. Однако вместе с ним появляются дополнительные очаги сдвиговой деформации по механизму обычного скольжения.

Именно возможность сочетания двойникования и сдвига объясняется высокая пластичность меди.

 


 

Вопрос 2

 

Объясните механизм процессов, приводящих к увеличению плотности дислокаций при пластической деформации металлов.

 

Пластическая деформация в реальных кристаллах осуществляется путем последовательного перемещения дислокаций.

Одной из главных причин, определяющих плоскости скольжения, является наличие в них дислокаций. Перемещаясь под действием сил вдоль плоскости скольжения касательных напряжений, избыточная полуплоскость в верхней части кристалла соединяется в одну атомную плоскость с расположенной ниже частью атомной плоскости. Оставшаяся ее часть становится новой полуплоскостью, которая заканчивается краевой дислокацией. Незначительного смещения небольшой группы атомов оказывается достаточно для перемещения дислокации на одно межатомное расстояние. В плоскости скольжения обычно расположены десятки дислокаций. Их последовательное перемещение вдоль плоскости скольжения развивает процесс пластического течения.

Последовательно за счет единичных перемещений атомов, дислокации способствуют снижению напряжений, при которых начинается процесс пластического деформирования и, кроме того, существенно увеличивают пластичность металла.

В основе упрочнения металла при деформировании лежит прежде всего повышение плотности дислокаций.

Движению дислокаций мешают различные препятствия - границы зерен, межфазные поверхности, дислокации, пересекающие плоскость скольжения. Через некоторые препятствия дислокации проходят, но при более высоких напряжениях. Такими препятствиями являются, например, пересекающиеся с плоскостью скольжения дислокации. Границы зерен являются непреодолимыми препятствиями, перед ними дислокации скапливаются. Каждое скопление дислокаций создает поле напряжений, отталкивающее приближающуюся дислокацию. Чем больше дислокаций в скоплении, тем сильнее отталкивание и тем труднее деформируется металл. Когда плотность дислокаций в скоплении достигает определенного значения, в этом месте зарождается трещина.


 

Вопрос 3

 

Вычертите диаграмму состояния железа-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите процессы кристаллизации и превращений в твердом состоянии, для сплава содержащего 3,6% С, напишите для этих процессов фазовые реакции с указанием составов реагирующих фаз и температурных интервалов превращений, изобразите схему кривой охлаждения заданного сплава и обоснуйте ее вид с применением правила фаз.

Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

 

Сплав с содержанием углерода более 2,14% называется - чугуном.

 

Используем правило фаз для установления зависимости между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз, данное правило выражается уравнением:

 

Процесс кристаллизации жидкого железоуглеродистого расплава, с содержанием углерода 3,6%, начинается по линии АВСD (линия ликвидуса); выше линии ликвидуса сплав находится в жидком состоянии и представляет собой однородную (однофазную) систему.

С = к + 1 - f , при    Р =  const,   где

С - число степеней свободы (под числом степеней свободы (вариантностью) системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление и концентрация), которое можно изменять без изменения числа фаз в системе)

k - число компонентов (компонентами называются вещества, образующие систему)

f - число фаз (фаза - это однородная часть системы, отделенная от других частей системы (фаз) поверхность раздела, при перёходе через которую химический состав или структура вещества изменяется скачком)

Правило фаз для участка t0-t1:

С = 2-1+1 = 2

Две степени свободы означают, что в однофазной области независимо можно менять температуру и химический состав фазы. Изменение температуры в этом интервале не вызывает изменение химического состава жидкого раствора. Следовательно, кристаллизация не протекает, сплав постепенно охлаждается. Поэтому на кривых охлаждения однофазному равновесию соответствует наклонная прямая, характеризующая равномерное охлаждение.

В точке tна линии ВС из жидкого расплава начинается выделение кристаллов аустенита с содержанием в нем углерода 0,18%(точка J). Кристаллизация сплава заканчивается по линии EC в точке t2 . На этой линии происходит кристаллизация последних порций жидкой фазы, обогатившейся углеродом 4,3%. Одновременно из неё выпадают кристаллы аустенита, содержащего 2% С (точка E) и цементита с 6,67% С (точка F). Выпадающие из жидкости кристаллы аустенита и цементита образуют смесь, называемую ледебуритом (эвтектика) (точка С). Таким образом, ниже линии ЕС затвердевающий сплав состоит из аустенита, и ледебурита.

Правило фаз для участка t1-t2:

С = 2-2+1 = 1

В равновесии находятся две фазы. Это значит, что в области двухфазного равновесия независимо можно изменять только один параметр: или температуру сплава, или химический состав фаз, т.е. каждой заданной температуре соответствует определенный химический состав фаз.

Таким образом, в двухфазных областях при изменении температуры изменяется химический состав жидкой фазы в связи с процессом кристаллизации. Который сопровождается выделением теплоты, поэтому скорость охлаждения сплава замедляется, на кривой охлаждения появляется перегиб и двухфазному равновесию соответствует выпуклый участок на кривой охлаждения.

Затвердевание сплава полностью заканчивается по линии ЕС (НIEC линия солидуса, точка t2). На этой линии происходит кристаллизация последних порций жидкой фазы, обогатившейся углеродом до 4,3%. Окончательное затвердевание жидкости происходит при 1130о; одновременно из нее выпадают кристаллы аустенита содержащего 2% С (точка Е), и цементита с 6,67% С (точка F). Выпадающие из жидкости кристаллы аустенита и цементита образуют эвтектическую смесь, называемую ледебуритом. Таким образом, ниже линии ЕС затвердевший сплав состоит из аустенита, вторичного цементита и ледебурита всего три фазы, а поэтому число степеней свободы С=2+1-3=0. Это означает что ни химический состав фаз, ни температура сплава измениться не могут, т.е. кристаллизация протекает при постоянной температуре. На кривой охлаждения трехфазному равновесию соответствует горизонтальный участок. Далее этот сплав охлаждается изменение температуры до точки t3 не вызывает изменение химического состава. Следовательно, кристаллизация не протекает, сплав постепенно охлаждается. Поэтому на кривых охлаждения однофазному равновесию соответствует наклонная прямая, характеризующая равномерное охлаждение.

         В точке t3 на линии PSK происходит превращение зерен аустенита в перлит, и сплав приобретает окончательную структуру перлита, вторичного цементита и ледебурита, также три фазы, степеней свободы С=2+1-3=0. Это означает, что кристаллизация протекает при постоянной температуре. На кривой охлаждения этой температуре соответствует горизонтальный участок. Дальнейшее охлаждение сплава изменениями химического состава не сопровождается, и при комнатной температуре сплав такую же структуру.

Подпись: А→Перлит Подпись: А+ЦII+Л Подпись: П+ЦII+Л                                                                                                   

Подпись: t1Подпись: t2Подпись: t2'Подпись: t3Подпись: t3'Подпись: Ж3,6%Подпись: Ж+кр. АПодпись: Аустенит 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Подпись: τ Подпись: t


 

Вопрос 4

 

Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 45...50 HRC. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений, и какая структура получается в данном случае.

 

Для описания кинетики превращения переохлажденного аустенита для стали У8 построим диаграмму зависимостей - время - температура - степень распада или диаграмму изотермического превращения аустенита, т.е. превращения, протекающего при постоянной температуре.

 

Изотермическое превращение аустенита эвтектоидной стадии происходит в интервале температур от Аr (727º С) до Мн (250º С), где Мн - температура начала мартенситного превращения.

На диаграмме нанесены две линии - С-образные кривые.

Линия 1 указывает время начала превращения, линия 2 - время конца превращения переохлажденного аустенита.

Период времени до начала превращения аустенита называют инкубационным.

При 700º С превращение аустенита начинается в точке ан и заканчивается ак. При этом образуется перлит.

При 650º С превращение аустенита происходит в точке bн конец - в точке bк. При этом образуется сорбит закалки - тонкая (дисперсная) механическая смесь феррита и цементита.

Устойчивость аустенита сильно зависит от степени переохлаждения. Наименьшей устойчивостью аустенит обладает при температурах, близких к 550º С. Для  эвтектоидной  стали  время  устойчивости  аустенита  при  температурах  550-560º С составляет около 1 с. По мере удаления от температуры 550º С устойчивость аустенита возрастает. Время устойчивости при 700º С составляет 10 с, а при 300º С около 1 мин.

При охлаждении стали до 550º С аустенит превращается в тростит - смесь феррита и цементита, которая отличается от перлита и сорбита высокой степенью дисперсности составляющих и обладает повышенной твердостью, прочностью, умеренной вязкостью и пластичностью.

Ниже 550º С происходит образование структуры бейнита (игольчатого тростита).

Бейнит - структура стали, образующаяся в результате промежуточного превращения аустенита (т.е. в температурном интервале, расположенном ниже перлитного, но выше мартенситного превращения), состоящая из смеси пересыщенного углеродом феррита и карбидов (цементита).

Превращения аустенита в интервале температур 550º С - Мн называется промежуточным.

Бейнит образующийся при 500-350º С называется верхним бейнитом (перистого строения). Он имеет невысокую прочность, пластичность и вязкость, твердость HRC 43-50.



 


Мнения покупателей:

Нет оставленных мнений об этой работе.
Пожалуйста, войдите, чтобы оставить свое мнение.


Альфа-банк

rbk-money
 
Elecsnet
 
Яндекс деньги
 
 
© 2012 ИНФОУСЛУГИ - решение контрольных работ
Тел.: +7 (906) 424-27-27

|  Создание и поддержка ООО "СмарТек"  |