- •Глава 1. Атомно-кристаллическое строение материалов
- •1. Электронное строение атомов. Классификация элементов в периодической системе д. И. Менделеева
- •2. Кристаллическое строение твердых тел
- •3. Типы связей между атомами (молекулами) в кристаллах
- •Пояснения к ответам на вопросы
- •2) Правильно.
- •Глава II. Основы теории кристаллизации
- •1. Энергетические условия кристаллизации
- •2. Механизм процесса кристаллизации
- •3. Размер зерна, образующегося при кристаллизации. Строение кристаллического слитка
- •4. Дефекты строения реальных металлов
- •5. Полиморфные превращения металлов
- •6. Методы изучения кристаллического строения металлов
- •Пояснения к ответам на вопросы
- •Глава III. Механические свойства металлов
- •1. Свойства, определяемые при статических испытаниях.
- •2. Свойства, определяемые при динамическом нагружении
- •3. Свойства, определяемые при циклически действующих нагрузках (усталость материалов)
- •4. Свойства, определяемые нагружением в условиях повышенных температур
- •Глава IV. Физическая сущность механизмов деформации и разрушения металлов
- •1. Механизм упругой и пластической деформации металлов
- •3. Факторы, влияющие на хрупкое и вязкое состояние металлов
- •4. Основные направления повышения прочности металлов. Конструктивная прочность
- •Глава V. Наклеп, возврат и рекристаллизация металлов и сплавов
- •1. Наклеп металла
- •2. Отдых (возврат) металла
- •3. Рекристаллизация
- •4. Полигонизация
- •1). Совершенно правильно.
- •3). Ошибаетесь.
- •3). Совершенно правильно.
- •1). Ответ неточный.
- •2). Совершенно правильно.
- •1). Ответ неполный.
- •2). Совершенно правильно.
- •3). Правильно.
- •Глава VI. Строение и свойства сплавов
- •1. Металлические сплавы
- •Характеристика основных фаз в сплавах
- •Особенности кристаллизации сплавов
- •2. Диаграммы состояния сплавов
- •3). Совершенно правильно.
- •2). Правильно.
- •3). Совершенно правильно.
- •2). Правильно.
- •2). Совершенно правильно.
- •3). Правильно.
- •3). Правильно.
- •1). Правильно.
- •3). Правильно.
- •Глава VII. Сталь и чугун
- •1. Диаграмма состояния Fe—Fe3c
- •Глава VIII. Углеродистые стали
- •1. Влияние состава на свойства стали
- •2. Технологические свойства стали
- •3. Основы легирования стали
- •4. Фазы, образуемые легирующими элементами с железом. Влияние легирующих элементов на температуру полиморфных превращений железа.
- •Карбидообразующие легирующие элементы и типы образуемых карбидов
- •5. Влияние легирующих элементов на содержание углерода в перлите, температуру эвтектоидного превращения и свойства стали
- •6. Классификация и маркировка сталей
- •Глава IX. Чугуны
- •1. Процесс графитизации чугунов
- •2. Серый чугун
- •3. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
- •4. Ковкий чугун
- •Марки, основные механические свойства и структуры серых, ковких и высокопрочных чугунов (выборка)
4. Ковкий чугун
Ковкий чугун получают отжигом белого чугуна. Хорошие свойства у отливок из ковкого чугуна обнаруживаются в случае, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не произойдет процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугун должен иметь пониженное содержание углерода и кремния, а отливки незначительную толщину стенок, обычно до 25 мм. Ориентировочный состав ковкого чугуна: 2,4... 3,0% С, 0,8... 1,4% Si, 0,3... 1,0% Мn, Р<0,2% и S<0,1%
№ 43.Из чего состоит структура литого ковкого чугуна до отжига?
Ответ: структура состоит из 1) Ф+П, с. 218; 2) П+ЦII, с. 219; 3) П + Л+ЦII, с. 218.
Формирование окончательной структуры и свойств отливок из ковкого чугуна происходит в процессе отжига. На рис. 99 приведены схемы режимов отжига ковкого чугуна.
Отжиг на ферритный ковкий чугун. Отливки выдерживаются в печи при температуре 950...1000°С в течение 15...20 часов. При этом происходит разложение цементита Fe3CFe(C) + С (графит), и структура после выдержки состоит из аустенита и графита (углерода отжига). При медленном охлаждении в интервале 760 . . . 720°С (режим а на рис. 99) происходит разложение цементита перлита, и структура после отжига состоит из феррита и углерода отжига: получается ферритный ковкий чугун, рис. 96, а. При относительно быстром охлаждении (режим б, рис. 99) вторая стадия графитизации полностью устраняется и получается перлитный ковкий чугун, рис. 96, в. Структура чугуна, отожженного по режиму рис. 99, в, состоит из перлита, феррита и углерода отжига, рис. 96, б. Отжиг является длительной (70 ... 80 часов) и дорогостоящей операцией технологического процесса производства отливок из ковкого чугуна. В последнее время за счет ряда усовершенствований длительность отжига в автопромышленности сокращена до 30... 40 часов.
Таблица 5
Марки, основные механические свойства и структуры серых, ковких и высокопрочных чугунов (выборка)
Марка |
в кГ/мм2 |
изг кГ/мм2 |
0,2 кГ/мм |
% |
НВ кГ/мм2 |
Структура |
Серые чугуны ГОСТ 1412-70
| ||||||
СЧ 12-28 |
12 |
28 |
— |
до 0,5 |
143...229 |
Ф, (Ф+Л) |
СЧ 24—44 |
24 |
44 |
— |
„ |
170...246 |
П |
СЧ 32—52 |
32 |
52 |
— |
„ |
185...255 |
П (модифицированный) |
Ковкие чугуны: ГОСТ 1215-59 ферритные | ||||||
КЧ 30—6 |
30 |
— |
— |
6 |
163 |
Ф |
КЧ 37—12 |
37 |
— |
— |
12 |
143 |
|
перлитные | ||||||
КЧ 50—4 |
50 |
— |
— |
4 |
241 |
П |
КЧ 63—2 |
63 |
— |
— |
2 |
269 |
|
Высокопрочные чугуны: ГОСТ 7293-70 | ||||||
ВЧ 40—10 |
40 |
— |
30 |
10 |
170...207 |
Ф |
ВЧ 45—5 |
45 |
— |
38 |
5 |
187...255 |
Ф+П |
ВЧ 60—2 |
60 |
— |
42 |
2 |
197...269 |
П |
ВЧ 120-4 |
120 |
— |
90 |
4 |
302...369 |
П |
кого чугуна (3 с ферритной — и 4 с перлитной металлической основной). Ковкий чугун маркируется: КЧ (ковкий чугун) и два числа, из которых первое показывает предел прочности на разрыв, второе — относительное удлинение. В таблице 5 приведены несколько марок ковкого чугуна, их свойства и структура. По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное место между сталью и серым чугуном. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным чугуном является ограничение толщины стенок для отливок из ковкого чугуна и необходимость отжига.
Мелкие отливки преимущественно из ферритного ковкого чугуна используются в весьма различных отраслях промышленности: в авто-тракторостроении, сельскохозяйственном машиностроении и в других областях. Такими отливками являются картеры редукторов, корпусы подшипников, звездочки приводных цепей, храповики, фитинги.
№ 44. Задний мост грузовых автомашин работает в условиях динамических нагрузок. Какой материал можно использовать для изготовления таких деталей?
Ответ: 1) модифицированный серый чугун, с. 218; 2) ферритный ковкий чугун, с. 219; 3) стальное литье, с. 219.
№ 45. Какой материал целесообразно использовать для изготовления бытовых ванн?
Ответ: 1) СЧ12—28, с. 217; 2) КЧЗО—6, с. 218; 3) ВЧ40— 10, с. 219.
Помимо серых, ковких и высокопрочных чугунов известное применение имеют отбеленные чугуны.
Отбеленными называются чугунные отливки, поверхностная зона которых состоит из белого чугуна, а во внутренних зонах имеет место серый или высокопрочный чугун. Отбеленные чугуны имеют 2,8. ..3,6% углерода и пониженное содержание кремния 0,5... 0,8%. Отбеленные чугуны имеют высокую поверхностную твердость 950 . . . 1000 HV и очень высокую износостойкость. Они используются для изготовления прокатных валков, вагонных колес с отбеленным ободом, шаров для шаровых мельниц и т. д.
Для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа используют белые чугуны, легированные хромом, хромом и марганцем, а также хромом и никелем (нихард). Отливки из этих чугунов отличаются высокой твердостью и износостойкостью.
Для деталей, работающих в условиях износа при высоких температурах, используются высокохромистые (до 34% хрома) и хромоникелевые чугуны. Жаростойкость достигается также легированием чугуна кремнием (5... 6% Si) и алюминием (1 ...2% А1). Коррозионная стойкость чугунов повышается при легировании хромом, никелем, кремнием.
Свойства чугунов можно в значительной степени изменять также термической обработкой.
. Пояснения к ответам на вопросы
№ 1—1. Ошибаетесь, lp-подуровня не существует. Посмотрите материал на с. 15.
№ 2—2. Ошибаетесь. Какая решетка имеет большую плотность упаковки?
№ 5—1. Вы ошибаетесь. На с. 173 посмотрите из чего состоит перлит. Посмотрите также ответ 1 на вопрос 4.
№ 7—1. Неправильно. Определите количество аустенита при 727° по правилу отрезков. Количество перлита после превращения будет столько же.
№ 9—2. Вы не совсем правы. При температуре 3 весь углерод в сплаве еще может быть растворен в аустените, но аустенит уже насыщен углеродом.
№ 14—1. Вы ошибаетесь. Ледебурит не фаза, а смесь фаз Л.+ Д.
№ 15—3. Ответ правильный.
№ 11—2. Ответ правильный. Образуется ледебурит.
№ 13—3. Неправильно. Когда температура только что достигла 1147°С, цементит еще не образовался.
№ 18—3. Ответ не совсем правильный. Si не относится к вредным элементам.
№ 16—3. Неправильно. Так определяется состав жидкой фазы, который изменяется по линии ликвидус.
№ 19—3. Неправильно. Растворяться в феррите могут лишь посторонние атомы, а не включения, представляющие совокупность атомов.
№ 21—1. Ошибаетесь. Так как инструмент изготавливается из вьгсокоуглеродистой стали с очень плохой свариваемостью, то сварка при изготовлении таких изделий не может быть использована.
№ 1—2. Вы ошибаетесь. Для переходных металлов раньше заполняется s-подуровень, после чего идет достройка d-подуровня, см. с. 15.
№ 2—1. Правильно. Плотность решетки о. ц. к. меньше плотности решетки г. ц. к.
№ 3—2. Ответ неполный. Какое превращение при 1499°С?
№ 4—2. Неправильно. Посмотрите ответ 1 на этот вопрос.
№ 5—3. Правильно.
№ 6—3. Неправильно. При 727°С существуют 3 фазы. Кроме того сущность превращения следует знать более конкретно.
№ 7—2. Правильно, так как в перлит превращается весь аустенит, который был при 727°С.
№ 8—2. Неправильно. Вы перепутали методику определения количества и состава фаз, см. с. 125... 128.
№ 10—2. Неправильно. Вы определили количество аустенита при 727°С, который превращается в перлит.
№ 11—1. Ответ правильный, но не конкретный. У эвтектики есть свое название.
№ 13—1. Неправильно. При температуре 1147°С кристаллизация еще продолжается, значит есть жидкость. Определите количество ее по правилу отрезков.
№ 14—3. Вы ошибаетесь. Таково состояние системы между точками 2 и 2' на кривой охлаждения, т. е. когда кристаллизация еще идет. Вопрос же касается состояния в точке 2', когда кристаллизация закончилась.
№ 15—2. Правильно, но объяснение недостаточно исчерпывающее.
№ 2—3. Ошибаетесь. Разве плотность упаковки в этих решетках одинаковая?
№ 3—1. Неправильно. Разве при 727°С кристаллизуется жидкая фаза, чтобы назвать такое превращение эвтектическим?
№ 4—3. Правильно.
№ 5—2. Неправильно. Перлит состоит из Ф и Ц. Значит он не является фазой, а структурной составляющей. Посмотрите ответ 1 на вопрос 4.
№ 6—1. Отмечены не все фазы. Ведь при 727°С одна из отмеченных фаз претерпевает превращение и появляется: третья фаза.
№ 7—3. Неправильно. Вы определили количество феррита при 727°С. Определите количество той фазы, которая превращается в перлит.
№ 8—3. Ошибаетесь. Вы определили количество жидкой фазы, см. с. 125 . . . 128.
№ 9—3. Совершенно правильно.
№ 10—1. Правильно. Сколько Цц в сплаве при 727°, столько^ его будет и в структуре сплава.
№ 11—3. Неправильно. Ведь превращается жидкая фаза, которой при эвтектоидном превращении нет.
№ 12—1. Ответ правильный, но не совсем точный (неясно что превращается в перлит).
№ 16—2. Ответ правильный.
№ 17—3. Правильно.
№ 18—1. Ошибаетесь. Si и Мп не является вредными элементами.
№ 19—1. Ошибаетесь. Внутри зерна такие включения наименее опасны.
№ 1—3. Правильно.
№ 3—3. Правильно. При этих температурах существуют три фазы и С = 0.
№ 4—1. Ошибаетесь. Ледебурит Л не является фазой. Он состоит из Л и Д. Для определения фазового состояния возьмите любую точку в данной области, проведите коноду и, спроектировав точки пересечения ко-ноды с ближайшими линиями диаграммы на ось концентрации, найдите состав, а значит и природу фаз.
№ 6—2. Правильно.
№ 8—1. Ваш ответ правильный.
№ 9—1. Вы ошибаетесь. Разве в области SECFK существует углерод, как фаза? Проверьте каков состав и какие фазы в этой области.
№ 10—3. Неправильно. Ведь это абсурд. Вы получили цементита больше, чем количество всего сплава. Посмотрите материал на с. 128.
№ 12—2. Ответ правильный.
№ 17—2. Ответ правильный, но неточный.
№ 18—2. Правильно. Эти элементы по разным причинам снижают качество стали.
№ 19—2. Правильно. Во всех случаях выделение посторонних фаз по границам зерна наиболее сильно охрупчивает материал.
№ 22—3. Ответ правильный, но неконкретный, см. с. 145.
№ 21—3. Ошибаетесь. Инструмент штамповкой обычно не изготовляется.
№ 25—1. Правильно.
№ 12—3. Неправильно. Ведь перлит состоит из фаз феррита и цементита.
№ 13—2. Ответ правильный.
№ 14—2. Правильно. Таково состояние системы после окончания кристаллизации жидкости.
№ 15—1. Ответ неполный. Здесь имеют место и некоторые изменения структуры сплава из-за изменения состава фаз при понижении температуры. Проверьте состав аустенита в точках 2 и 3.
№ 16—1. Неправильно. Так определяется количество фаз и этим путем определить природу фазы нельзя.
№ 17—1. Ошибаетесь. Разве в этих условиях фазы одни и те же?
№ 20—1. Ошибаетесь. Эта сталь имеет пониженную пластичность из-за повышенного содержания углерода и кремния.
№ 21—2. Ответ правильный.
№ 23—2. Правильно. Так как в решетке г. ц. к. размеры пор больше.
№ 24—1. Правильно. У этих сплавов нет фазовых превращений в твердом состоянии.
№ 26—2. Ошибаетесь. По рис. 1 посмотрите, разве неметаллы имеют недостроенную d-орбиталь.
№ 27—3. Ответ правильный только в случае, если в сплаве много углерода.
№ 20—3. Правильно. Пластичность хорошая: мало углерода и кремния до 0,03%.
№ 22—2. Правильно. При этом происходят диффузионные процессы, выравнивающие состав стали в пределах зерен.
№ 23—1. Ошибаетесь. Объемы отдельных пор в решетке Fea о. ц. к. меньше, чем в решетке Fe г. ц. к.
№ 24—2. Ошибаетесь. Все такие сплавы имеют превращение , поэтому могут подвергаться всем видам термообработки.
№ 25—3. Неправильно. Область а+ у этих сплавов при меньшем содержании марганца.
№ 26—1. Ответ неточный.
№ 28—3. Ответ правильный.
№ 30—1. Ошибаетесь. Гораздо выше.
№ 31—1. Ответ неполный.
№ 33—3. Неправильно. Прочтите внимательно как создается марка легированной стали.
№ 34—3. Ответ правильный.
№ 35—2. Правильно. Пои малой скорости охлаждения степень, переохлаждения мала (рис. 13). Если кристаллизация происходит при температуре выше 1147°С, то согласно рис. 92 возможно образование только смеси, аустенита и графита.
№ 36—2. Неправильно. Еще раз прочтите материал.
№ 39—1. Неправильно. Металлическая основа всех этих чугунов может быть одинакова.
№ 45—1. Правильно. Материал имеет хорошие литейные свойства, дешев, достаточно прочен.
№ 40—2. Правильно. При этом главным образом увеличением кремния, так как изменять в широких пределах состав по углероду, особенно при плавке чугуна в вагранке, трудно.
№ 20—2. Неправильно. Эта сталь недостаточно пластична: (много углерода).
№ 22—1. Неправильно. Отливки являются полуфабрикатом, который подвергается только механической обработке.
№ 24—3. Ошибаетесь. Ведь все эти сплавы имеют превращение в твердом состоянии. Подумайте, что это значит с точки зрения возможностей термообработки?
№ 25—2. Неправильно. Ферритную структуру имеют сплавы при низком содержании марганца (Mn<12%).
№ 26—3. Совершенно верно.
№ 27—1. Неправильно. Если углерода мало, карбидов хрома, в структуре может не быть.
№ 29—1. Ошибаетесь. Посмотрите внимательно рис. 88.
№ 30—3. Ответ правильный.
№ 31—3. Ответ правильный.
№ 32—1. Неправильно. В эвтектоидной стали с 5%Cr меньше-0,5% С.
№ 33—2. Правильно.
№ 35—3. Неправильно. При малых скоростях охлаждения кристаллизация происходит при малых переохлаждениях.. Исходя из рис. 92 подумайте, какие фазы в этих условиях могут образоваться.
№ 37—2. Ошибаетесь. Ведь толстостенная отливка охлаждается медленно. Подумайте, как это должно отразиться на второй стадии графитизации.
№ 30—2. Неправильно. Посмотрите еще раз рис. 88.
№ 32—3. Неправильно. Чтобы сталь с 5% Сr была ледебуритной нужно, чтобы в ней было больше 1,5% углерода.
№ 34—2. Вы очень невнимательно прочитали материал о маркировке легированных сталей.
№ 36—3. Правильно. В этих условиях жидкость кристаллизуется в смесь A + Ц несмотря на то, что G этих фаз; выше, чем фаз А +Г. Это объясняется тем, что образование цементита, состав которого ближе к составу жидкости, чем у графита, протекает более легко (требуется значительно меньшая развитость диффузионных процессов).
№ 38—3. Правильно. Имеем ферритный чугун.
№ 39—2. Неправильно. Прочтите внимательно материал на с. 204.
№ 40—3. Теоретически Вы правы, но практически реализовать влияние изменения скорости охлаждения отливки в форме трудно. См. ответ 1 на этот вопрос.
№ 41—2. Неправильно. Структура этого чугуна будет П+ Ф + Г.
№ 42—2. Неправильно. Изгиб менее жесткое нагружение, чем растяжение.
№ 43—1. Ошибаетесь. Это структура доэвтектоидной стали.
№ 44—1. Решение неправильное. Этот материал недостаточно прочен при динамических нагрузках.
№ 45—2. Неправильно. Для таких деталей нет необходимости в материале с такими высокими механическими свойствами. Стоимость изделий будет высокая.
№ 28—1. Неправильно. В этих сплавах Fe3C совсем нет, см. рис. 87, а.
.№ 32—2. Правильно.
№ 27—2. Правильно, так как титан является наиболее активным карбидообразующим элементом.
№ 29—3. Ошибаетесь. В эвтектоидной стали этого состава 0,23% С.
№ 31—2. Ответ неполный.
№ 38—1. Ошибаетесь. В этом случае 0,8% С должно быть в цементите перлита.
№ 33—1. Ошибаетесь. Эта марка не отражает высокое качество стали.
№ 37—1. Правильно. Скорость охлаждения такой отливки большая, поэтому процесс графитизации цементита, входящего в перлит, не успевает реализоваться в достаточной степени.
№ 40—1. Теоретически правильно, но скорость охлаждения зависит от толщины стенки отливки и теплопроводности формы, чего практически изменить трудно.
№ 41—3. Неправильно. При таком содержании кремния мы попадаем в область половинчатых чугунов со структурой П + Ц + Г.
№ 42—1. Правильно. У серых чугунов эти характеристики очень низки.
№ 43—3. Правильно. Это структура дозвтектического белого чугуна, которая после отжига дает структуру ковкого чугуна.
№ 44—3. Неправильно. Получить тонкостенные отливки из стали очень трудно.
№ 29—2. Ответ правильный.
№ 34—1. Ошибаетесь. Что показывает первое число в марке стали?
№ 38—2. Ответ неточный. Углеродом является также алмаз.
№ 36—1. Вы ошибаетесь в части образующихся фаз. Подумайте, что образуется, если кристаллизация происходит при температуре ниже 1147°С, см. рис. 92.
№ 39—3. Правильно. Форма графитовых включений является основой для того, чтобы считать чугун серым, ковким или высокопрочным.
№ 41—1. Правильно. Попадаем примерно в середину области перлитных чугунов.
№ 42—3. Неправильно. Концентраторы напряжений наиболее сильно снижают прочностные свойства при жестком характере нагружения.
№ 43—2. Вы неправы. Такую структуру имеет заэвтектоидная сталь.
№ 44—2. Правильно. Материал достаточно хорошо сопротивляется действию динамических нагрузок, обладает удовлетворительными литейными свойствами.
№ 45—3. Для таких деталей нет необходимости в таком прочном материале. Стоимость изделий будет высокая.
№ 28—2. Ошибаетесь. По рис. 87, а это имеет место при содержаниях хрома 2 ... 3%.
№ 35—1. Неправильно. Посмотрите ответ 3 на этот вопрос.
1Опубликовано отдельной брошюрой.