19 вариант.

Вариант 19

1. Объясните цель и физическую сущность модифицирования сплавов. В чем выражается эффективность модифицирования? Обсудите с использованием принципа структурного и размерного соответствия.

Модифицирование – использование специально вводимых в жидкий металл примесей (модификаторов) для получения мелкого зерна. Эти примеси, практически не изменяя химического состава сплава, вызывают при кристаллизации измельчение зерна и в итоге улучшение механических свойств. Так, например, при модифицировании магниевых сплавов зерно уменьшается с 0,2-0,3 до 0,01-0,02 мм. При литье слитков в фасонных отливках модифицирование чаще проводят введением в расплав добавок

2. Поковки из стали 45 имеют крупнозернистое строение. Укажите причину формирования такой структуры и обоснуйте режим термической обработки, осуществление которой приводит к исправлению структуры.

Крупнозернистая структура металла получается при перегреве заготовок или окончании штамповки при слишком высокой температуре, вследствие чего снижаются механические свойства поковок.

Крупнозернистую структуру в кованой стали 45 можно устранить отжигом при температуре 850-870 °С. После отжига в стали 45 получается

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 4,3 % 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?

Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).

Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.

Сплав железа с углеродом, содержащий 4,3% С, называется заэвтектическим чугуном. Его структура при комнатной температуре Ледебурит (П+Fe₃C).

4. С помощью диаграммы состояния железо-цементит определите температуру нормализации, отжига и закалки дли стали У10. Охарактеризуйте эти виды термической обработки и опишите структуру и свойства стали после каждого режима обработки.

Отжигом называется нагрев стали выше температур фазовых превращений с последующим медленным охлаждением (обычно вместе с печью). При медленном охлаждении стали приближаются к фазовому и структурному равновесию. Структуры, полученные после отжига, указаны на диаграмме железо-цементит. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность. Основные цели отжига: перекристаллизация стали (измельчение зерна), снятие внутренних напряжений, снижение твердости и улучшение обрабатываемости. При комнатной температуре сталь У10 имеет структуру цементита и перлита. До температуры А_c1 сохраняется исходная структура

5. Углеродистые стали 45 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру мартенсит отпуска и твердость: первая — 50 НRС, вторая — 60 HRС. Используя диаграмму состояния железо — карбид железа и учитывая превращения, происходящие в этих сталях при отпуске, укажите температуру закалки и температуру отпуска для каждой стали. Опишите превращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска, и объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 45.

Закалка – термическая обработка – заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А3для доэвтектоидной и А1 – для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

6. Выберите углеродистую сталь для изготовления пил. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства инструмента.

Стали для режущего инструмента, в том числе и для пил, после закалки и низкого отпуска дол­жны иметь высокую твердость в режущей кромке (HRC 60 — 65) значитель­но превышающую твердость обрабатываемого материала; высокую изно­состойкость, необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и теплостой­кость, когда резание выполняется с повышенной скоростью.

7. Для изготовления деталей штампов, обрабатывающих металл в горячем состоянии, выбрана сталь 5ХНМА. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке этой стали. Опишите микроструктуру и свойства штампов после термической обработки.

Стали, применяемые для штампов, деформирующих металл в горячем со­стоянии, должны иметь высокие механические свойства (прочность и вяз кость) при повышенных температурах и обладать окалиностойкостью и разгаростойкостью, т. е. способностью выдерживать многократные на­гревы и охлаждения без образования разгарных трещин. Кроме того, ста­ли должны иметь высокую износостойкость и теплопроводность для луч­шего отвода теплоты, передаваемого обрабатываемой заготовкой.

8. Назначьте нержавеющую сталь для работы в слабо агрессивных средах (водные растворы солей и т.п.). Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозионной устойчивости стали и роль каждого легирующего элемента.

Коррозией называют разрушение металлов под действием окружающей среды. При этом часто металлы покрываются продуктами коррозии (ржавеют). В результате воздействия внешней среды механические свойства металлов резко ухудшаются, иногда даже при от­сутствии видимого изменения внешнего вида поверхности.

Стали обладают лучшей стойкостью против коррозии только при условии, что все содержание хрома в стали приходится на долю твердого раствора. В этом случае он образует на поверхности плотную за­щитную окисную пленку типа Сr₂О₃

Сталь 20X13 применяют для изготовления деталей с повышен­ной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гид­равлических прессов, предметов домашнего обихода), а также изделий, ис­пытывающих действие слабоагрессивных сред.

.