Вариант 14.
1. Что такое мозаичная (или блочная) структура металла?
Поликристалл состоит из большого числа зерен, при этом в соседних зернах кристаллические решетки ориентированы различно.
Рисунок 1 – Разориентация зерен и блоков в металле
а – зерна; б – блоки; Θ – угол между зернами
Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов. Граница между зернами представляет собой тонкую в 5-10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.
2. Под действием каких напряжений происходит пластическая деформация и как при этом изменяются структура и свойства металла?
Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием напряжений.
Напряжение – сила, действующая на единицу площади сечения детали.
Напряжения и вызываемые ими деформации могут возникать при действии на тело внешних сил растяжения, сжатия и т.д., а также в результате фазовых (структурных) превращений, усадки и других физико-химических процессов, протекающих в металлах, и связанных с изменением объема.
Их свободное перемещение затрудняется взаимным влиянием, также торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями решетки металлов, возникновением напряжений.
3. Вычертите диаграмму состояния железо — карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите процессы кристаллизации и превращений в твердом состоянии для сплава, содержащего 5, 5 % 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, а как такой сплав называется?
Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).
При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раствора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.
4. Режущий инструмент из стали У10 был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев и как можно исправить этот дефект? Произведите исправление структуры и назначьте режим термической обработки, обеспечивающий нормальную работу инструмента. Опишите его структуру и свойства.
При слишком высоких температурах и чрезмерно длительных выдержках происходит образование крупнозернистой структуры, называемой структурой перегрева. Перегрев характеризуется крупнокристаллическим блестящим изломом.
Перегрев заэвтектоидной стали может быть устранен нормализацией. Нормализация заключается в заэвтектоидной стали до температуры выше точки Асm также на 40-50°С, в непродолжительной выдержке для прогрева
Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность ферритно-цементитной структуры и увеличивает количество перлита или, точнее, сорбита или троостита.
5. С помощью диаграммы состояния железо-цементит определите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 40. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали.
Критические точки Ас1 и Ас3 для стали 40:
Ас1 = 730°С; Ас3 = 790°С.
Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-50°С выше температуры, соответствующей точке Ас3, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. Температура полногоотжига стали 40 составляет 820-850°С. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность при высокой пластичности. При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняется видманштеттова структура и строчечность, вызванная ликвацией, и другие неблагоприятные структуры стали. Структура после полного отжига: перлит и феррит.
6. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска шпилек из стали МСТ6, которые должны иметь твердость 207-230 НВ. Опишите их микроструктуру и свойства.
Сталь МСт6 является углеродистой конструкционной сталью обыкновенного качества. Буква М означает, что Ст6 выплавлена мартеновским методом. Химический состав стали МСт6 указан в таблице 1.
7. Для изготовления прошивочных пуансонов выбрана сталь Р18К5Ф2. Укажите состав стали и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте резким термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства пуансонов после термической обработки.
Сталь Р18К5Ф2 — Сталь инструментальная быстрорежущая. Ее состав показан в таблице 2.
Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей, обеспечивающими их теплостойкость, являются в первую очередь вольфрам и его химический аналог — молибден. Сильно повышает теплостойкость (до 645-650°С) и твердость после термообработки (HRC 67 — 7.0) кобальт и в меньшей степени ванадий.
Структура быстрорежущей стали после закажи представляет высоколегированный мартенсит,, содержащий 0,3-0,4% С, нерастворенные избыточные карбиды и остаточный аустенит. Чем выше температура закалки, тем ниже температура мартенситных точек Мн и Мк и тем больше количество остаточного аустенита. Обычно содержание остаточного аустенита в стали Р18 К5Ф2 составляет 25 — 30% . Остаточный аустенит понижает режущие свойства стали, и поэтому его присутствие в готовом инструменте
8. Для реостатных приборов выбран сплав константан МНМц40-1,5. Расшифруйте состав, укажите, к какой группе относится этот сплав по назначению, опишите структуру и электрические характеристики этого сплава.
Для элементов электросопротивления требуется низкая электропроводность и в данном случае применяют не чистые металлы, а сплавы. Применяются эти сплавы для изготовления реостатов (так называемые реостатные сплавы) и для нагревательных элементов различных электрических приборов и электрических печей (сплавы высокого электросопротивления).
Сплав (по ГОСТ 492-73) и некоторые технические свойства реостатных сплавов, и в том числе сплава МНМц40-1,5, приведены в таблице 3.
