Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Mat_i_TKMK

.docx
Скачиваний:
15
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
279.26 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Филиал в г. Рузаевке

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1 ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИИ МАТЕРИАЛОВ»

Выполнил:

Студент 2-го курса

Крюков Евгений Александрович

1341-ПС(Л)-142

Рузаевка, 2015 г.

Вопрос №17 Какие виды взаимодействия в сплаве существуют? Приведите условия их образования.

В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы:

  1. механические смеси;

  2. химические соединения;

  3. твердые растворы.

Сплавы механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.

Образуются между элементами значительно различающимися по строению и свойствам, когда сила взаимодействия между однородными атомами больше чем между разнородными. Сплав состоит из кристаллов входящих в него компонентов (рис. 1). В сплавах сохраняются кристаллические решетки компонентов.

Рис.1 Схема микроструктуры механической смеси

 

Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.

Особенности этих сплавов:

  1. Постоянство состава, то есть сплав образуется при определенном соотношении компонентов, химическое соединение обозначается Аn Вm/

  2. Образуется специфмческая, отличающаяся от решеток элементов, составляющих химическое соединение, кристаллическая решетка с правильным упорядоченным расположением атомов (рис.2)

  3. Ярко выраженные индивидуальные свойства

  4. Постоянство температуры кристаллизации, как у чистых компонентов

Рис.2 Кристаллическая решетка химического соединения

 

Сплавы твердые растворы – это твердые фазы, в которых соотношения между компонентов могут изменяться. Являются кристаллическими веществами.

Характерной особенностью твердых растворов является: наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя.

Твердый раствор состоит из однородных зерен (рис.3).

Рис.3 Схема микроструктуры твердого раствора

 

Вопрос № 47 Что такое мартенсит и как он образуется в стали? Каково влияние углерода на положение мартенситных точек Мн и Мк?

Если скорость охлаждения стали от высоких температур (выше Ac3) становится достаточно большой (v > vкррис.4) для подавления распада аустенита на феррито-цементитную смесь, то аустенит испытывает мартенситное превращение [Feγ (C) → Feα (C) или А → М] с образованием новой фазы в стали - мартенсита (по имени ученого А. Мартенса - одного из пионеров металловедения).

Мартенсит в углеродистой стали есть пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в решетке Feα.

Мартенситное превращение было открыто при изучении закалки и первоначально под ним подразумевался только процесс, приводящий к образованию мартенсита в сталях. Однако впоследствии было установлено, что мартенситное превращение следует трактовать шире, так как его характерные особенности наблюдаются не только в сталях, но и в других железных сплавах, цветных сплавах и даже в полупроводниках. Поэтому в настоящее время под мартенситным превращением понимается особый вид фазового превращения в твердом теле, протекающего по бездиффузионному, сдвиговому механизму, называемому мартенситным, а под мартенситом - продукт такого превращения.

Можно выделить следующие характерные особенности мартенситного превращения в стали:

1. Мартенситное превращение - бездиффузионное. Концентрация углерода в мартенсите такая же, как и в исходном аустените, мартенсит - перенасыщенный твердый раствор углерода в Feα.

2. Механизм А → М превращения носит сдвиговый характер, поэтому напряжения, возникающие при охлаждении и превращении, являются определяющими для кинетики мартенситного превращения. В процессе превращения атомы смещаются относительно друг друга на расстояния, не превышающие межатомные; при этом соседи любого атома в аустените остаются его соседями в мартенсите.

3. Несмотря на то, что относительные перемещения атомов малы, абсолютные смещения атомов при мартенситном превращении могут достигать значительных макроскопических размеров (при этом происходит изменение формы превращенного объема аустенита), что является следствием сдвигового механизма превращения и приводит к образованию на поверхности полированного шлифа стали характерного рельефа (рис.5) подобно наблюдаемому при пластической деформации.

Рис.5 Рельеф (а) на поверхности шлифа, возникающей в результате мартенситного превращения, и схема рельефа (б)

4. Кристаллическая решетка мартенсита в сталях не кубическая как у Feα, а тетрагональная (о.ц.т., рентгенографически фиксируется при C = 0.25 ÷ 0.35 % ), при этом тетрагональность решетки (отношение параметров c/a) линейно увеличивается с ростом содержания в стали углерода (рис.6), а в ряде высоколегированных сталей зависит и от содержания легирующих элементов.

Рис.6 Параметры кристаллических решеток аустенита и мартенсита и тетрагональность решетки в зависимости от содержания углерода в стали.



5. Между кристаллическими решетками аустенита и мартенсита существует определенное кристаллографическое соответствие (ориентационное соотношение). В сталях и железных сплавах встречаются ориентационные соотношения, близкие к соотношению Курдюмова-Закса (111)А || (101)М; [110]А || [111]М или Нишиямы (111)А || (101)М; [121]А || [101]М.

6. Наиболее типичной формой мартенситного кристалла является пластина или линза с малым отношением толщины к другим линейным размерам, имеющая сложное внутреннее строение. Форма мартенситных кристаллов соответствует минимуму упругой энергии, возникающей при мартенситном превращении.

7. Время образования одного кристалла мартенсита менее10-7 с, а скорость его роста более 105 см/с, т.е. близка к скорости звука в твердом теле и не зависит от температуры превращения.

8. А → М превращение протекает в определенном температурном интервале: начинается при температуре Мн и заканчивается при более низкой температуре Мк (эти температуры называются мартенситными точками), что может быть описано мартенситной кривой (рис.8). При данной температуре с громадной скоростью образуется только определенное количество мартенсита и для возобновления превращения сталь надо охлаждать в интервале Мн - Мк.

9. Температура Мн в широком диапазоне скоростей охлаждения не зависит от ее величины, а А → М превращение невозможно подавить даже при самых больших скоростях охлаждения. (Кроме случая образования изотермического мартенсита (см. далее).)

10. Мартенситные точки зависят от состава стали; сильно Мн и Мк снижает углерод (рис.9).

Рис.8 Мартенситная кривая

Рис.9 Зависимость мартенситных точек от содержания углерода (по данным равных исследователей)

11. А → М превращение не идет до конца: в стали всегда существует так называемый остаточный аустенит (А1 на рис.8), количество которого увеличивается при понижении точки Мн, например за счет легирования углеродом.

12. Приложение внешних упругих напряжений или деформаций увеличивает количество образуемого мартенсита и повышает температуру начала его образования. (При деформации аустенита возникают два типа мартенсита: мартенсит напряжений (его образование инициируется напряжениями ниже предела текучести аустенита) и мартенсит деформации (соответственно выше).) Температура, ниже которой возможно образование мартенсита при деформации, обозначается Мд.

Вопрос № 77 По диаграмме состояний железо-цементит опишите, какие структурные и фазовые превращения будут происходить при медленном охлаждении из жидкого состояния сплава с заданным содержанием углерода. Охарактеризуйте этот сплав и определите для него при заданной температуре количество, состав фаз и процентное соотношение, используя данные, приведенные в таблице постройте кривую охлаждения.

Дано: С = 1.6%; t = 830оС.

В процессе медленного охлаждения наш сплав, который является сталью, при достижении температуры равной примерно 1450оС начнет кристаллизоваться, а при достижении температуры примерно 1260оС полностью превратится в твердое тело. Сталь получит полиэдрическую структуру аустенита, который сохраняется до температуры равной 950оС (так как наша сталь относится к заэвтентоидной стали). При дальнейшем охлаждении начнет выделяться вторичный цементит. Охлаждаясь, аустенит обедняется углеродом и достигает эвтентоидного состава (0,8% углерода) при температуре 727 оС , затем при постоянной температуре распадается на две фазы: феррит и цементит А0,8%С  (Ф0,02%С + Ц6,67%С) , а структура образующейся механической смеси называется перлитом.

При заданной температуре (830 оС) наш сплав будет иметь структуру аустенита с 0,8% содержанием углерода и следами вторичного цементита.

Рис.10

Вопрос № 107 Какие требования предъявляют к шарикоподшипниковым сталям? Приведите примеры их использования на подвижном составе.

Шарикоподшипниковая сталь, прежде всего, должна обладать высокой твердостью, поэтому применяют высокоуглеродистые стали типа инструментальной. Также к шарикоподшипниковым сталям предъявляют весьма высокие требования в отношении чистоты по неметаллическим включениям и карбидной ликвации. Дело в том, что нагрузка в шарикоподшипнике является локальной, и если в точках касания шарика (ролика) и кольца в загрязненной или неоднородной стали окажется то или иное включение, то может произойти местное разрушение (выкрашивание), а вследствие этого долговечность работы подшипника резко снизится.

Шарикоподшипниковая сталь широко применяется на железнодорожном подвижном составе. Из нее изготовляют, в первую очередь, подшипники качения и пружины. Подшипникам доверяют самые ответственные узлы, подверженные высоким нагрузкам, такие как буксовые узлы, тяговые двигатели и др. В последнее время подшипники качения начинают применять и в качестве замены подшипников скольжения для подвески тягового двигателя при опорно-осевом подвешивании. Применение подшипников качения позволяет уменьшить расходы смазки. Ярким примером является тепловоз ТЭМ33.

Вопрос № 137 Выберите режим термической обработки детали из стали указанной марки для получения заданных свойств и обоснуйте его. На основе диаграммы состояний железо – цементит и построенного графика термической обработки напишите о превращениях в структуре стали, используя данные таблицы.

Деталь: шестерня. Марка стали: 20. Свойства: HRC60.

Так как наша деталь требует высокой твердости (свыше 58 HRC) и хотя бы небольшой запас вязкости, то для получения заданных свойств стали необходимо два способа термической обработки: закалку и отпуск.

Закалка предполагает такую термообработку, при которой сталь приобретает неравновесную структуру, что прежде всего выражается в повышении твердости стали. При закалке важно после нагрева до температуры примерно 810оС производить охлаждение со скоростью не ниже критической в водной среде до температуры начала мартенситного превращения. Интенсивное охлаждение в воде на первом этапе увеличит прокаливаемость детали, а также уменьшит возможность возникновения так называемых «центров», зарождающихся в зернах аустенита. Это должно приводить к повышению прочностных свойств продуктов распада.

Рис.11

Затем охлаждение необходимо производить в мягкой среде (масле), вследствие чего мартенситное превращение будет происходить с меньшим уровнем возникающих внутренних напряжений.

Следующим способом достижения заданных свойств станет отпуск стали. Отпуском называется операция нагрева закаленной стали для уменьшения имеющихся в ней остаточных напряжений и придания ей комплекса механических и других свойств, которые необходимы для долголетней эксплуатации изделия. Отпуск будем производить при низкотемпературном режиме (190оС), дабы наша деталь обладала благоприятным комплексом механических свойств, сочетающим высокий уровень твердости с некоторым, хотя и небольшим, запасом вязкости и пластичности.

После проведения вышеизложенного комплекса термических обработок стали 20, заданная деталь (шестерня) будет обладать прочностью, долговечностью и достаточной мягкостью.

Рис.12

Вопрос № 167. Напишите о составе, структуре и физико-механических свойствах стекловолокнистого анизотропного материала.

Стекловолокнистые анизотропные материалы (СВАМ) являют собой один из типов стеклопластиков, которые получают методом укладки вытянутых стекольных волокон вдоль друг дружке с синхронным нанесением на них связывающего. Процесс достижения приготовленного к формованию материала при методе укладки вытянутых стекольных волокон сводится к получению стеклошпона. Процесс производства стеклошпона идет по последующей схеме. Расплавленное стекло в виде простых волокон вытекает из фильер, увлажняется водянистым связывающим из пульверизатора и наматывается продольными витками на барабан. По завершении процесса намотки приобретенный лист стеклошпона подвергают разрезке параллельно образующей барабана, убирают с него и высушивают. Допустимо получать и перекрестный стеклошпон, наматывая один либо несколько слоев продольных волокон под прямым углом предшествующему слою. Листы стеклошпона сверх того увлажняют связывающим, высушивают, а потом кладут в пакеты, после этого подвергают жаркому прессованию на высотных прессах.

Листы СВАМ как правило имеют длину до 1 м, ширину до 500 мм и толщину 1...30 мм. Механические характеристики СВАМ зависят от типа связывающего, толщины стекловолокна, пропорции полимера и наполнителя, размещения волокон стеклошпона и метода укладки стеклошпона в пакеты. Физико-механические характеристики СВАМ, имеющего 35% связывающего с перекрестным размещением волокон в шпоне, определяется последующими данными: плотностью — 1900...2000 кг/м3, пределом надежности при сжатии — 400 МПа, при извиве — до 700 МПа. Изделия из СВАМа не обязаны иметь трещинок, вздутий и сторонних включений. Стеклопластики I группы используют для несущих компонентов трехслойных плит покрытий и пространственных огораживающих сооружений, также в качестве арматуры для цементных сооружений.

Стеклопластики на базе обрубленного стекловолокна получают способом напыления либо прессования стекломатов. При напылении нарезанные стеклянные нити длиной 25...50 мм соединяют с полимерным связывающим и с помощью пистолета-распылителя узким слоем наносят на поверхность формы.

Список использованной литературы.

  1. Берлин В.И., Захаров Б.В., Мельниченко П.А. Транспортное материаловедение: Учеб. Для вузов ж.-д. тр-та.- М.: Транспорт, 1982.

  2. Материаловедение: учеб. Для втузов / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др. /Б.Н. Арзамасов.- 2-е изд., исп. и доп.- М.: Машиностроение, 1986.

  3. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов/Г.П. Фетисов.- М.: Высшая школа, 2000.

  4. Марочник сталей и сплавов/В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др./В.Г. Сорокин.- М.: Машиностроение, 1989.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и на обработку персональных данных.

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Оформить еще одну заявку