Решение контрольной работы по материаловедению. Вариант 22

Задания для контрольной работы по курсу «Материаловедение. ТКМ»

Вариант 22

1. Как влияет степень переохлаждения на величину зерна при кристаллизации?

Ответ: Чем больше степень переохлаждения, тем мельче получается зерно при кристаллизации. Это происходит из-за увеличения скорости образования зародышей новой фазы.

2. Что такое относительное удлинение (\(\delta\), %)? Как определяется эта характеристика механических свойств металла?

Ответ: Относительное удлинение (\(\delta\), %) – это характеристика пластичности материала, показывающая, насколько образец удлинился до разрушения в процентах от первоначальной длины. Определяется по формуле: \(\delta = \frac{L_k - L_0}{L_0} \cdot 100\%\), где \(L_k\) – конечная длина, \(L_0\) – начальная длина.

3. Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,0% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?

Ответ:

• Диаграмма Fe-Fe₃C: (Необходимо начертить диаграмму с обозначением всех фаз (Ж, \(\delta\), \(\gamma\), \(\alpha\), Fe₃C) и структурных составляющих (перлит, ледебурит и т.д.) в соответствующих областях).
• Превращения для 4,0% С (доэвтектический чугун):
  1. Охлаждение жидкости.
  2. Кристаллизация первичного аустенита (\(\gamma\)) из жидкости.
  3. Эвтектическое превращение при 1147 °C: оставшаяся жидкость превращается в ледебурит (\(\gamma\) + Fe₃C).
  4. Охлаждение аустенита и ледебурита, выделение вторичного цементита (Fe₃C_II) из аустенита.
  5. Эвтектоидное превращение при 727 °C: аустенит превращается в перлит (\(\alpha\) + Fe₃C).
• Кривая охлаждения: (Должна иметь два горизонтальных участка при 1147 °C и 727 °C, соответствующие эвтектическому и эвтектоидному превращениям).
• Структура при комнатной температуре: Перлит + вторичный цементит + ледебурит.
• Название сплава: Белый чугун (доэвтектический).

4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8, нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 450 НВ. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений и какая структура получается в данном случае?

Ответ:

• Диаграмма изотермического превращения аустенита (ТТТ-диаграмма) для стали У8: (Необходимо начертить С-образные кривые начала и конца превращения, обозначить области перлита, троостита, бейнита, мартенсита).
• Кривая режима для 450 НВ: Нагрев до аустенизации, затем быстрое охлаждение до температуры 350-400 °C (область нижнего бейнита), выдержка до полного превращения, затем охлаждение.
• Название режима: Изотермическая закалка (или бейнитная закалка).
• Сущность превращений: Аустенит распадается при постоянной температуре (350-400 °C) на бейнит – игольчатую феррито-карбидную структуру.
• Получаемая структура: Нижний бейнит.

5. Что такое нормализация? Используя диаграмму состояния железо – цементит, назначьте температуру нормализации любой доэвтектоидной и любой заэвтектоидной стали. Опишите превращения, происходящие в сталях при выбранном режиме обработки, получаемую структуру и свойства.

Ответ:

• Нормализация: Вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критических точек (А₃ для доэвтектоидных сталей и А_cm для заэвтектоидных сталей), выдержке и последующем охлаждении на спокойном воздухе.
• Цель: Получение мелкозернистой, однородной структуры (феррито-перлитной или перлито-цементитной), улучшение механических свойств, снятие внутренних напряжений.
• Температуры нормализации:
  • Доэвтектоидная сталь (например, сталь 20, 0,2% С): Нагрев до 880-920 °C (на 30-50 °C выше А₃).
  • Заэвтектоидная сталь (например, сталь У10, 1,0% С): Нагрев до 850-880 °C (на 30-50 °C выше А_cm).
• Превращения и структура:
  • Нагрев: Сталь полностью переходит в аустенитное состояние (для доэвтектоидной) или в аустенит с растворенным цементитом (для заэвтектоидной).
  • Охлаждение на воздухе:
    • Доэвтектоидная сталь: Из аустенита выделяется избыточный феррит, затем оставшийся аустенит превращается в перлит. Структура: феррит + перлит.
    • Заэвтектоидная сталь: Из аустенита выделяется избыточный вторичный цементит, затем оставшийся аустенит превращается в перлит. Структура: перлит + вторичный цементит.
• Свойства: Повышается прочность и твердость по сравнению с отожженной сталью, улучшается обрабатываемость резанием, снижается хрупкость.