Вариант 8
1. В чем сущность процесса модифицирования? Приведите пример использования модификаторов дня повышения свойств литейных алюминиевых сплавов.
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.
2. В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией? Опишите особенности обоих видов деформации.
В зависимости от соотношения температуры деформации и температуры рекристаллизации различают холодную и горячую деформации. холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.
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 5,0 % 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).
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.
На участке изменения температур от точки 2 до точки 3 из аустенита выделяется цементит (вторичный). С=2+1-2=1 . Система моновариантна.
На линии PSK (3-3′) при температуре 727ОС происходит эвтектоидное превращение, при котором аустенит распадается на цементит и перлит. С=2+1-3=0. Система нонвариантна.
На участке изменения температур от точки 3 до точки 4 из феррита выделяется цементит (третичный). С=2+1-2=1 . Система моновариантна.
4. Углеродистые стали 35 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру мартенсит отпуска и твердость: первая 45 HRС, вторая — 60 HRС. Используя диаграмму состояния железо — карбид железа и учитывая превращения, происходящие 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 35.
Закалка – термическая обработка – заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А3 для доэвтектоидной и А1 – для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. В результате закалки из аустенита образуется неустойчивая, метастабильная структура мартенсит.
5. Сталь 40 подвергалась закалке от температур 760 и 840° С. С помощью диаграммы состояния железо—цементит укажите, какие структуры образуются в каждом случае. Объясните причины образования разных структур и рекомендуйте оптимальный режим нагрева под закалку данной стали.
Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.
Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.
6. Для изготовления метчиков выбрана сталь У10. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование и укажите структуру и свойства метчиков в готовом виде.
Сталь У10 – инструментальная сталь пониженной прокаливаемости.
В эту группу входят все углеродистые инструментальные стали, а также стали с небольшим содержанием легирующих элементов и поэтому не сильно отличающиеся от углеродистых по прокаливаемости. Важнейшее технологическое свойство — слабая прокаливаемость — объединяет эти стали в одну группу.
Все стали указанной группы должны закаливаться в воде, и инструмент из этих сталей имеет, как правило, незакаленную сердцевину. Это следует учесть при выборе стали на инструмент, при его конструировании, проведении термической обработки и эксплуатации.
7. В результате термической обработки червяки должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 20ХГР. Укажите состав и группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.
Сталь 20ХГР — конструкционная легированная сталь. Назначение — улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок. Химически состав стали указан в таблице 2.
8. Укажите металлокерамические твердые сплавы для изготовления режущего инструмента. Опишите их строение, состав, свойства и способ изготовления.
Твердый сплав изготовляется методами порошковой металлургии Для изготовления твердых сплавов порошки карбидов вольфрама и титана смешивают со связующим веществом (кобальтом) прессуют в формах и тем самым придают изделию соответствующую внешнюю форму, затем подвергают спеканию при высокой температуре (1500—2000 °С) В результате получается изделие, состоящее из карбидных частиц, связанных кобальтом. Такая технология не обеспечивает получения совершенно плотного изделия, в нем имеются поры, занимающие объем до 5 %.
