КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Короткі теоретичні відомості. Порядок виконання та оформлення роботи
Контрольні питання Порядок виконання та оформлення роботи 1. Вивчити лекційний матеріал та методичні рекомендації по темі. 2. Розглянути та вивчити мікроструктуру білих, сірих, високоміцних та ковких чавунів з різним вмістом вуглецю. 3. Вивчити класифікацію, умови отримання, область застосування і маркування чавунів, а також властивості білого, сірого, високоякісного та ковкого чавунів. 4. Намалювати мікроструктуру білого доевтектичного, евтектичного і заевтектичного сірого, високоміцного і ковкого чавунів на феритній, феритно-перлітній та перлітній основах. 5. Накреслити діаграму відпалювання білого чавуну на ковкий. 1. Які форми графіту в чавунах відомі, і яка з них є кращою з точки зору механічних властивостей? 2. Чим відрізняються умови отримання білих і сірих чавунів? 3. Які недоліки і переваги має сірий чавун порівняно зі сталлю? 4. Як отримують високоміцний чавун? 5. Яка форма графіту в ковкому чавуні? 6. Як класифікують чавуни за формою графітних включень і металевої основи? 7. Розшифруйте марки чавунів: СЧ25, ВЧ70, ВЧ100-2, ВЧ80-2, КЧ37-12, КЧ50-5. 8. Які існують чавуни залежно від форми виділення вуглецю в чавунах? 9. Які із цих хімічних елементів є графітизуючими: кремній, молібден, титан, вольфрам, нікель, мідь, сірка, хром, алюміній? 10. Карбідоутворюючі елементи – це …. Наприклад:
ПРАКТИЧНА РОБОТА №5 Мета роботи: вивчити лінії, точки і області діаграми залізо-цементит, її фази і структури; перетворення в сплавах з різним вмістом вуглецю при нагріванні і охолодженні; застосування правил фаз і відрізків. Діаграма залізо-цементит (рис. 1) дає уявлення про будову вуглецевих сплавів – сталей і чавунів, та є основою для з'ясування процесів, що проходять при нагріванні і охолодженні залізовуглецевих сплавів (сталей і чавунів). У залізовуглецевих сплавах при нагріванні або охолодженні утворюються такі структурні складові: ферит, аустеніт, цементит, перліт та ледебурит. У таблиці 2 подано характеристику структурних складових залізовуглецевих сплавів.
Чисте електролітичне залізо – це м'який пластичний метал світлого кольору зі щільністю 7,85 г/см3, температурою плавлення 1539 °С. Воно має границю міцності σв = 250...280 МПа, відносне видовження δ = 50 %, відносне звуження ψ = 80 %, твердість 80 НВ і ударну в'язкість а н = 3000 кДж/м2. Залізо зберігає магнетизм до температури 768 °С і є феромагнітним. Під час нагрівання і охолодження в залізі відбуваються одне магнітне перетворення за температури 768 °С і два поліморфних за 911 та 1392 °С. Альфа-залізо (Feα) існує в двох інтервалах температур: нижче за 911 °С та 1392...1539 °С. В інтервалі температур 911...1392 °С існує γ-залізо (Feγ). Кристалічні ґратки заліза здатні розчиняти різні елементи, утворюючи з металами розчини заміщення, а з неметалами (С, N, Н) – розчини втілення. Розчинність вуглецю в залізі значно залежить від типу кристалічних ґраток заліза і його температури. За кімнатної температури в Feα розчиняється 0,006 % С, а за 727 °С – 0,025 % С. Твердий розчин вуглецю в Feα називають феритом (ліва частина діаграми від 0 до 911 °С (QPG)). Цементит – хімічна сполука вуглецю з залізом (Fe3C – карбід заліза), що утворюється при відповідному стехіометричному співвідношенні атомів заліза і вуглецю. Це найтвердіша (800 НВ) і дуже крихка фаза в сплавах залізо – вуглець, яка містить 6,67 %С. Щільність цементиту 7,82 г/см3, температура плавлення 1250 °С. Цементит феромагнітний до температури 217 °С і здатний утворювати тверді розчини заміщення. Атоми вуглецю в кристалічній орторомбічній ґратці цементиту (рис. 0) можуть заміщатися атомами азоту, кисню, а атоми заліза – атомами мангану, хрому, вольфраму та іншими металами. Цементит – нестійка хімічна сполука, яка під час нагрівання розпадається з утворенням вуглецю у вигляді графіту.
При аналізі розглядаються лінії і точки діаграми (табл. 1 і 3), застосовуються правила фаз та відрізків. Для визначення ступеня вільності використовують закон Гібса за рівнянням: С=К-Ф+ п, де К – кількість компонентів; Ф – кількість фаз; п =1 – кількість зовнішніх чинників (температура). Рис. 0. Кристалічна орторомбічна ґратка цементиту Вище лінії АВСD всі сплави знаходяться в рідкому стані і число ступенів волі С = К - Ф +1=2-1+1=2 (див. рис. 1). Це означає, що сплави можна нагрівати і охолоджувати, змінювати їх концентрацію і вони залишаються рідкими в стані рівноваги. Між лініями АBС та АHJЕС і лініями СD та СF сплави двофазні, складаються із твердої фази і рідини, при цьому число ступенів волі дорівнює С =2-2+1=1 (табл. 1). Із вищевикладеного виходить, що система в даних областях має один ступінь волі і для зберігання її рівноваги можна змінювати лише один фактор рівноваги - температуру або концентрацію. Дві фази і один ступінь волі є також у всіх інших областях діаграми окрім аустенітної, де між лініями NHJЕС і GSЕ система однофазна і має два ступеня волі С =2-1+1=2. На горизонтальних лініях ЕСF і РCК система трифазна і число ступенів волі С =2-3+1=0 (див. табл. 1). На лінії ЕСF за охолодження утворюється ледебурит, а налінії РSК – перліт. Нульовий ступінь волі на цих лініях обумовлює суворо постійні температури при утворенні ледебуриту (1147 °С) і перліту (727 °С). Із таблиці 3 видно, що дві фази і один ступінь волі мають усі криві лінії і точки А, D, G, Q; три фази і нульовий ступінь волі – точки Р, S, Е, С; в точках К і F фазових перетворень немає. Правилом відрізків або правилом важеля користуються для визначення відсоткового і вагового складу рідкої і твердої фаз або двох різних твердих фаз (кількість структурних складових та їх концентрації). Для цього, наприклад, із точки b (рис. 2) проводять горизонталь до ліній GР і GS. Проекція точки а на вісь концентрацій показує вміст вуглецю в фериті, а проекція точки с – вміст вуглецю в аустеніті за певної температури.
Для визначення кількісного відношення аустеніту і фериту необхідно скласти обернено пропорційне відношення відрізків: , де Qфер – кількість фериту; Qауст – кількість аустеніту для температури, що відповідає точці b. Нехай у точці b маса всього сплаву становить 100 %, тоді Qфер /(100- Qфер)=. Підставляючи значення відрізків bс і аb, що визначені з діаграми стану, можна вирахувати кількість фериту, а потім і кількість аустеніту. Візьмемо для прикладу сплав із вмістом вуглецю 2,7 % та визначимо відсотковий і ваговий склад рідкої і твердої (аустеніт) фаз, кількість структурних складових та їх концентрації за температури = 1250 °С (рис. 1 а). Для цього через точку b (див. рис. 1, а) проводимо горизонтальну лінію до перетину її з лініями ABC і JE, що обмежують зону діаграми Fe – Fe3C, отримавши на них точки а і с. Проекція точки b на вісь концентрації покаже вміст вуглецю в сплаві К2, проекція точки а – вміст вуглецю в аустеніті, а проекція точки с – у рідкій фазі (L) за заданої температури. При зміні температури сплаву К2, зміниться концентрація вуглецю у відповідних фазах (аустеніті і рідкій фазі). Отже, отримаємо а = 1,4 %С, b = 2,7 %С, с = 3,6 %С. Щоб визначити кількісне співвідношення аустеніту і рідкої фази (кількості фаз) у точці b, потрібно взяти співвідношення відрізків ab і bc зворотно пропорційно кількостям цих фаз для сплаву К2: ; а кількість рідкої фази QР за рівнянням: . Отже , . Знайдемо концентрацію кожної фази: аустеніт складається з 1,4 %С та 98,6 % Fe; рідина складається 3,7 %С та 96,3 % Fe. Користуючись правилом фаз (законом Гіббса), побудуємо криву охолодження для сплаву К1 і криву нагрівання для сплаву К2, виходячи з діаграми стану Fe–Fe3C (див. рис. 1, а). Наприклад, у процесі охолодження сплаву К1 діаграми стану Fe–Fe3C у точці 1 на лінії ABC (див. рис. 1) із рідкої фази L виділяються кристали аустеніту, що фіксуємо, зносячи точку 1 на систему координат температура – час (див. рис. 1,б).
Так само переносимо точки 2, 3 і 4, які відповідають фазовим перетворенням, що відбуваються в сплаві К1 у процесі його кристалізації.
Рис. 2. Частина діаграми залізо-цементит. Вторинна кристалізація сталей. Рис. 3. Діаграма залізо-цементит. Вторинне перетворення у високо вуглецевих сплавах (чавунах). Згідно з правилом фаз, у точці 4 процес кристалізації відбувається ізотермічно (за конкретної температури і впродовж певного часу), що фіксується горизонтальною лінією 4 – 4'. Криву нагрівання сплаву К2, яку побудовано за правилом фаз, наведено на рис. 1, в. За діаграмою залізо-цементит можна побудувати криві охолодження. Для цього точки перетину вертикалі з лініями діаграми (рис. 1 б, в, 2 і 3), яка позначає сплав визначеної концентрації, переносять на систему координат температура-час і будують криву нагрівання або охолодження цього сплаву. Точки перетину з кривими лініями діаграми відповідають перегинам на кривих охолодження і нагрівання, а точки перетину з горизонтальними лініями відповідають площинкам на тих же кривих.
Таблиця 1. Фазові перетворення на лініях за діаграмою залізо-цементит
Таблиця 2. Характеристика структурних складових залізовуглецевих сплавів (сталей і чавунів).
Таблиця 3. Фазові перетворення в точках за діаграмою залізо-цементит.
Дата добавления: 2014-10-15; Просмотров: 1454; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |