Билет 18.

1. Диаграмма состояния сплава для случая образования компонентами устойчивого химического соединения в твердом состоянии. Хим соединения характеризуются строго определенным соотношением компонентов соответствующее электронной валентности, что позволяет записать это соединение в виде химической формулы и на диаграмме это соединение изображено в виде вертикальной линии NQKC. Точка пересечения линий химического соединения с осью концентраций отвечает соотношением компонентов в этом хим соединении, причем линия хим соединения делит диаграмму на ряд отдельных диаграмм в связи с тем, что хим соединение отличается от образующих его компонентов как типом кристаллической решетки, так и t плавления и соответственно свойствами. T_плА=М, Т_плВ=Y, Т_плАnВn=N. Хим соединение может быть устойчивым и существовать вплоть до Тпл и не устойчивыми, разрушающиеся в твердом состоянии.

2. Деформационно- термическая обработка стали, заключающаяся в нагреве стали до t выше А_С3, выдержке пластической деформации А и последующем его превращением с целью получения особой мартенситной структуры. Может проводиться после закалки, но до искусственного старения. ВТМО стали, заключающаяся в нагреве стали до t выше А_С3 в выдержке, пластической деформации при этой t и в последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую ВТМО увеличивает: работу распространения трещин; параметры вязкости разрушения; ударную выносливость; износостойкость и контактную выносливость стали; сопротивление усталости, отрыву, распространению трещины замедленного разрушения и локальному разрушению поверхности при высоких контактных напряжениях. ВТМО снижает: порог хладноломкости; чувствительность к надрезу. НТМО стали заключающаяся в нагреве до t выше А_С3 , охлаждении до t относительной устойчивости(метастабильности) А ниже t начала рекристаллизации, пластической деформации при этой t и последующем быстром охлаждении.

Билет 19.

1. диаграмма состояния с перетектическим превращением. MPN- ликвидус MSKN- солидус, M и N- температуры плавления А и В. Выше MPN- жидкий раствор где оба компонента неограниченно растворены друг в друге. В твердом состоянии ниже MSKN- компоненты ограничено растворяются друг в друге с образованием α и β твердых растворов и механической смеси твердых растворов α и β. При кристаллизации сплава 1: чуть ниже точки 2 из жидкого раствора точки 1 выделяется β твердый раствор состоящий из компонента А растворенного в В, от 2-3 в 2хфазной системе повышается концентрация твердой фазы β и уменьшается количество жидкой фазы в системе, в точке 2 происходит перетектическая реакция следовательно жидкая фаза точки P и твердая фаза β точки К превращаются в жидкий раствор т.P и твердую фазу α точки М.Lp+ βk=Lp+ α_M.. от 3-4 количество α фазы увеличивается, ниже 4 в структуре только α фаза. В процессе перетектической реакции при постоянной температуре жидкая фаза взаимодействия с выпавшими ранее кристаллами твердой фазы образует кристаллы новой твердой фазы.

2. – химико- термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении углеродом поверхностного слоя низкоуглеродистой стали. Детали из таких сталей работают в условиях контактного износа и знакопеременных нагрузок. Цементацию проводят в области температур 900-950, где устойчивой фазой является А, позволяющий растворить большое количество углерода(чем меньше углерода в стали, тем выше t нагрева). После цементации проводятся закалка и низкий отпуск. Среда, в которой проводят цементацию, называется карбюризатором, в качестве карбюризаторов используют: 1. активный древесный уголь, каменно угольный полу кокс и торфенной кокс, а так же активизаторы для ускорения процесса BaCO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃ 2. пасты, состоящие, например, из сажи, малосернистого кокса, BaCO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃ и желтой кровяной соли. 3. Листан, керосин, синтин, бензол и подобные вещества, которые диссациируют при высокой температуре. В результате цементации и последующей термической обработке поверхностный слой приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе и кручении.

Билет 20

1.Диаграмма состояния сплава с полиморфным превращением. Если хотя бы один из компонентов, обладает полиморфным превращением, то на диаграмме состояния образуется превращение в твердом состоянии на диаграмме с полиморфным превращением верхняя часть диаграммы, которая характеризует первичную кристаллизацию в жидком состоянии, а нижняя часть диаграммы вторичную кристаллизацию в твердом состоянии или перекристаллизацию фазовую. На линии PSK превращение происходит по аналогии с эвтектическим, за исключением того, что образование новых фаз происходит в твердом состоянии. Линия PSK – это линия эвтектоидных реакций, а точка S это эвтектоидная точка. Также как эвтектика, эвтектоид - механическая смесь 2-х фаз образовавшихся из одной тв фазы γ_S= α_P+β_K.

2. Азотирование – это процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин. До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют и полируют. Обычное азотирование проводят при температуре 500-600 в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак. По мере насыщения Fe азотом при температуре ниже 590 сначала образуется α тв раствор внедрения азота в железо, за тем слой γ фазы с ГЦК решеткой и упорядоченным расположением атомов азота в центрах элементарных ячеек. По сравнению с цементованными азотированные слои легированных сталей имеют более высокие твердость и износостойкость.

Билет 21.

1. Под механическими свойствами понимают всю совокупность свойств материалов характеризующих их поведение в условиях деформации и разрушения под действием внешних нагрузок.Деформация - свойство материалов показывающие изменения размеров и формы тела под действием приложенных сил. Напря­жение, это усилие возникающее в твердом теле под действием приложенных сил. В точке М сила Р разложиться на две направ­ленных. Сила Р приложена к твердому телу не является -¹- к данной площадке, а всегда состоит из 2 составляющих, поэтому в точке приложения возникают напряжение о нормальное напряжение и т касательное напряжение. Другими словами любая при­ложенная нагрузка к твердому телу в любой точке вызывает в этом теле возникновение как нормальных так и касательных на­пряжений. Напряжения могут быть истинными, когда силу приложена к телу относиться к сечению этого тела существующего в данный момент деформации.σист = P\Fi, где F- площадь поперечного сечения деформ тела. И условное напряжение как σист , которое определяет отношение σусл= P\Fo приложенной силы к первоначальному сечению деф тела. Нормальное напряжение может быть растягивающим (+), и сжимающим (-). При анализе напряжений выделяют следующие геометрические параметры и виды напряжений. 1) концентрато­ры напряжений - те геометрические показатели деф тела, где напряжения мах к ним относят различные надрезы, трехмерные дефекты, технологические отверстия и галтелия. 2 ) временное напряжение - существующие в теле только под действием нагрузок. 3) остаточное напряжение - которое присутствует в теле после снятия нагрузки. 4) тепловые или термические напряжения -которые возникают в теле под действием температуры. Деформации подразделяются на 2 вида 1) упругая деф - влияние ее на форму, размер, структуру и свойства твердого тела устраняются после снятия внешней нагрузки, т.е. материал возвращается в исходное состояние по всем показателям характеризующих геометрических свойства. 2) пластическая или необратимая деф при снятии внешней нагрузки устраняется только упругая составляющая, а остаточное деф изменяет геометрию, структуру и свойст­ва деф материала.Статические методы, которые осуществляются при различных схемах нагружения на растяжение, сжатие, кручение и изгиб. Как правило, пластичные материалы испытывают на растяжение или кручение. Хрупкие на сжатие и изгиб. Динамические испыта­ния, которые позволяет оценить вязкость разрушения, к ним относят испытания на удар, когда нагрузка возвращается мгновенно с высокой V вплоть до разрушения.

2.Исследование показали, что в ряде случаев совместное диффузионное насыщение стали азотом и углеродом позволяет получить определенное преимущество. Например, азот способствует диффузии С, поэтому можно понизить температуру диффузион­ного насыщения до 850 и получить примерно такое же науглероживание, как при цементации. В этом случае уменьшиться рост зерна А и последующую закалку можно проводить сразу же некоторого подсуживания. Такой процесс называется нитроцемента-цией, т.к. исходной средой является смесь цементирующего газа с 3-5% NH3 , а в диффузионной зоне образуется карбонитриды. Нитроцеменованный слой хорошо сопротивляется износу и коррозии. Нитроцеменетацию широко применяют на автомобильных и тракторных заводах для упрочнения поверхностей не шлифуемых деталей. Одновременное насыщение сталей С и азота можно так же проводить при 820-860 в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий. В ванне, имеющий состав, % : 20-25 NaCN, 25-50 NaCl, 25-50 Na2Co3, за один час выдержки при указанной температуре можно получить диффузионный слой тол­щиной примерно 0,3 мм , который после закалки от 820 - 860 из ванны и отпуска при 180 -200 приобретает поверхностную твер­дость 58 -62 HRC и содержит 0,7% С и 1%N. Планированный слой по сравнению с цементованным обладает более высокой из­носостойкостью.

Билет 22

1. Деформации подразделяются на 2 вида 1) упругая деф - влияние ее на форму, размер, структуру и свойства твердого тела уст­раняются после снятия внешней нагрузки, т.е. материал возвращается в исходное состояние по всем показателям характеризую­щих геометрических свойства. 2) пластическая или необратимая деф при снятии внешней нагрузки устраняется только упругая составляющая, а остаточное деф изменяет геометрию, структуру и свойства деф материала. Различают 2 вида разрушения: 1)разрушение за счет отрыва в результате действия растягивающих нормальных напряжений под действием сил Р; 2)разрушение срезом под действием касательных напряжений. Разрушение может быть хрупким, с высокой скоростью распространения тре­щины и малой работы разрушения и вязким, когда скорость разрушения мала и большая работа разрушения. Вязкое разрушение проходит со значительной пластической деформацией в то время, как при хрупком разрушении пластическая деформация неве­лика. При разрушении отрывом значительная пластическая деформация не обнаруживается, т.е. отрыв происходит хрупко, в то время, как разрушение путём среза происходит с значительной пластической деформацией, т.е. вязко.

2.Борированием сталей называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагревании в соответствующей среде. Борирование чаще всего выполняется при электролизе. Температура насыщения 930-950 при выдержке 2-6 часов. Процесс ведут и в ваннах с расплавленными хлористыми солями (NaCl, ВаС1₂), в которые добавляют 20% ферробора или 10% карбида бора. Газовое Борирование: Т=850-900 в среде диборана В₂Н₆ или трёххло-ристого бора ВС1₃ в смеси с водородом. Обладает высокой твёрдостью, коррозионной стойкостью, теплостойкостью, износостой­костью.

Билет 23

1.Одним из важных показателей стандартных свойств материалов является определение твёрдости. Твёрдость также является стандартной характеристикой мех. Свойств. Измерение твёрдости осуществляется как сопротивлением малым пластическим деформациям при вдавливании в поверхность исследуемого материала другого, более твёрдого. Этот материал изготавливается разной геометрической формы в зависимости от метода и называется индентором. Существуют следующие методы оценки твёр­дости: 1)твёрдость по Бринеллю (НВ)[кг/мм²]. Измерение твёрдости по Бринеллю производится вдавливанием в поверхность стального закалённого шарика диаметром 10 мм на специализированных прессах Бринелля при нагрузке Р=1,3 т, в зависимости о предполагаемой твёрдости. В результате вдавливания образуется ломка поверхности, которая имеет свой диаметр. Измеряется диаметр отпечатка с использованием оптического прибора - компаратора и НВ=Р/πd²; 2)твёрдость по Роквеллу(НR). Испытания проводят на специализирующихся приборах - микропрессах Роквелла, путем вдавливания в поверхность алмазной пирамидки или стального шарика d=l,59 мм. Величина твёрдости безразмерна и в зависимости от индентора и приложенной нагрузки опре­деляется по трём шкалам прибора. Если испытание проводят алмазным конусом при нагрузке 60 кг, то твёрдость считывают по шкале А и обозначают как HRA - эти испытания производят для особо твёрдых материалов. Если применяют алмазный конус и нагрузку 150 кг, то твёрдость измеряют по шкале HRC - наиболее применяемая на практике шкала. Для относительно мягких материалов применяют стальной шарик и нагрузку 100 кг - HRB; 3) твёрдость по Виккерсу — относительно локальный и позволя­ет измерять твёрдость в небольших микрообъёмах. В этом случае в поверхность вдавливается алмазная призма при нагрузке от 5 до 100 кг (HV5, 50, 100). На приборе на специальном экране измеряют диагональ полученного отпечатка в двух направлениях, высчитывают среднее значение и по таблице определяют твёрдость; 4) микротвёрдость — это самый локальный метод испытаний (отечественные производители ПМТ - 3, ПМТ - 5) позволяет измерять твёрдость в размере зерна. Испытания проводят также при вдавливании в поверхность алмазной призмы при нагрузке от5 до 100 г (HV 0, 0,5...0,1).

2.Для многих деталей теплоэнергетического машиностроения требуются жаростойкие покрытия. Их поверхность должна хоро­шо сопротивляться окислительному действию рабочей или окружающей среды. Традиционными способами получения таких покрытий являются алитирование (алюминирование), хромирование и силицирование из порошковых смесей, содержащих диф­фундирующий элемент, активизатор (NH₄C1, NH₄J и др.) и нейтральный порошок (шамот, глинозём и др.) для предотвращения спекания смеси. Насыщаемые детали вместе с порошком упаковывают в металлические контейнеры с плавкими затворами, на­гревают в печи до 1000 - 1200 и выдерживают несколько часов для получения диффузионных слоев заданных толщины и струк­туры. Алитированию, хромированию и силицированию подвергают сплавы на железной, никелевой и других основах. Эти диффузионные покрытия способны защищать детали от окисления при высоких температурах, так как на их поверхности в окислительной среде образуются плотные плёнки из А1₂0₃, Cr₂0₃, Si0₂, препятствующие диффузии кислорода.

Билет 24

1.Различают холодную и горячую пластические деформации. Холодная при сравнительно низких температурах не выше чем, 0,01 - 0,25 Тпл. В этом случае структура металла и его свойства полученные в процессе деформации сохраняются без изменения по­сле окончания деформирования. Эта деформация сопровождается упрочнением сплава ( деформационный наклеп) и изменением других физико - механических свойств. Горячая деформация проводиться при повышенных температурах Тгор = 0,45...0,65 Тпл и не сопровождаются значительным изменением свойств в по отношению к исходным, т.е. в этом случае идет конкурирующий процесс упрочнения металлов за счет деформирования и разупрочнения под действием температуры, причем чем выше температура , тем меньше изменения свойств. Если температура деформации выбирать соответствующим образом в соответствии с диаграммой состояния, то можно после пластической деформации получать требуемые свойства, такой процесс называется контро­лируемой деформацией. Некоторые металлы и сплавы могут в зависимости от ряда внешних условий испытаний увеличить свою пластичность в десятки , а иногда и в сотни раз. Это явление получило название сверхпластичности. Характерной особенностью сверхпластичной деформации является ее осуществление при очень низких напряжениях, порядка о = 1кг\мм². в настоящее время технология пластического деформирования в условиях глубокой вытяжки материалов, исходная пластичность которых не превышает 1 - 3%, таких как жаропрочные сплавы, сплавы тугоплавких металлов , спеченные сплавы методом порошковой металлургии. Для проявления эффекта сверхпластичности в таких металлах необходимо выполнить определенные условия : 1) металл должен быть мелкозернистым с размерами зерен не более 10мкм, а деформация осуществлена таким образом, чтобы были полностью подавленны любые процессы деформированного упрочнения - это может быть осуществлено в условиях, когда температура деформации не менее 0,5 от Тпл, а скорость деформации не выше 10^-3c^-1. в зависимости от температур характер разрушения при переходе в область низких температур изменяется, причем при определенных низких температурах вязкое разруше­ние может смениться на хрупкое температура перехода от вязкого к хрупкому разрушению называется порогом хладноломкости, а сам эффект хладноломкостью. В области 1 разрушение хрупкое, т.к. сопротивление отрыву становиться меньше пределу текучести, при этом S отрыва - это сопротивление отрыва, от сопротивление сдвигу. Область 2 - эта область вязкого разрушения. Современные материалы для работы в условиях крайнего севера, стали за счет легирования MO,W, Ni, переводят предел хлодно-ломкости до температуры -60, что позволяет их исползовать в условиях крайнего севера.

2.Пластическая деформация (необратимая)-при снятии внешней нагрузки устроняется только упругая составляющая, а остаточная деформация изменяет геометрию, структуру и свойства деформируемых материалов. Первый этап- возникновение полос скольжения. Второй этап- по полоса скольжения происходит сдвиг. Третий этап- пластическая деформация сопровождается уд­линением образца и уменьшением поперечного сечения в случае растяжения. Пластическая деформация как правило осуществляется за счет 2 механизмов : скольжение или двойникование, причем двойникование разбивается только в случае, когда полно­стью исчерпываются механизмы скольжения, однако в том и другом случаях деформация протекает за счет действия касатель­ных напряжений, которая обуславливают либо сдвиг по плоскостям скольжения, либо изгиб. Скольжение осуществляется за счет направленного перемещения краевых и винтовых дислокаций в плоскостях с мах плотностью упаковки атомов. Результатом скольжения является образование полос скольжения в кристаллах, которые формируются за счет кручения и скольжения одних частей кристаллов относительно других. Скольжение происходит непрерывно, до тех пор пока возможно, а двойникование воз­никает внезапно, когда процесс скольжения исчерпывает себя.

Билет №25

1.Нагрев в значительной степени изменяет структуру и свойство деформируемых ме. В зависимости от температуры различают следующие виды процессов в деформации ме. 1 .дефармационное старение - после снятия нагрузки при комнатной температуре после некоторой выдержки у деформируемого ме повышенные прочностные свойства и снижается пластичность. При повторной деформации этого материала образуется зуб текучести. 2. возврат в зависимости от температуры нагрева различают двух видов: при температуре нагрева 0,2 - 0,35 Т пл. происходит отдых, при которой снимаются макронапряжения и при температуре нагрева 0,4 - 0,45 Т пл. происходит полигонизация, т.е в процессе возврата снимаются все внутренние напряжения и ме. Возвращается по свойствам к исходному недеформируем ому состоянию. 3. рекристаллизация, которая происходит при температуре 0,45 - 0,65 Т пл. Под ней понимают термически - активируемый процесс зарождения новых зерен на базе старого деформированного окруже­ния. Она - это по сути дела перекристаллизация Ме. В зависимости от исходной информации при постоянной температуре раз­мер зерна после рекристаллизации может быть совершенно разный. Екр-3,8%, при х размер зерна не изменяется. При достижении критической степени деформации происходит катастрофическое увеличение зерна. Дальнейшее увеличение влияет так. Т.е. про­изводя предварительную пластическую деформацию и последующий нагрев удаётся в широких пределах изменять величину зер­на и как следствие, прочностные свойства. Рекристаллизация протекает в 3 стадии, в зависимости от температуры. Первичная рекристаллизация, которая начинается при t =Тпр- температура порога рекристаллизации, т.е. та min температура при, которой начинается образование новых зерен. Новые зерна на первом этапе имеют небольшие размеры, равноосны, т.е. имеют примерно одинаковые размеры. При повышении температуры начинается процесс собирательной реакции в процессе которого происходит рост образовавшихся зерен. Собирательная реакция происходит в интервале температур, что позволяет получать разную величи­ну зерна. На третьем этапе, когда температура значительно превышает порог рекристаллизации происходит вторичная рекри­сталлизация, в процессе которой некоторые зерна начинают катастрофически расти за счет поглощения других — коалесценция. В результате в ме образуется значительная разнозернистость по размерам, что резко снижает механические свойства, при чем как прочностных, так и пластических. Рекристаллизацию необходимо проводить при температуре, начиная от порога Т_пр и заканчи­вая температурами, где происходит собирательная рекристаллизация. 1- зона возврата. В процессе возврата структурные превра­щения не происходят, но снижается практически до минимума уровень напряжения состояния. 2- зона первичной рекристаллиза­ции. В этом случае в структуре начинают образовываться новые зерна. При достижении температуры Т_гмелкозернистая структура. 3. собирательная рекристаллизация в точке Т₂ образуются крупные равновесные зерна. Тпр=а*Т_пл, Где а=0,3(для чистого ме), а=0,6 (для сплавов). Чем сложнее хим состав сплава, а особенно присутствие в нем тугоплавких элементов, повышает темпе­ратурный порог рекристаллизации. Размер рекристализационных зерен оказывает значительное влияние на прочностные харак­теристики ме. Ме и сплавы, имеющие равномерное мелкое зерно обладают высокими прочностными свойствами и что наиболее важно - высокой пластичностью. В тоже время для определения условий, в частности для работы при высоких температурах, необходимо крупнозернистая структура. Поэтому для регулирования свойств в ме материалов применяют технологию, которая заключается в пластической деформации на требуемую величину, затем рекристализационный отжиг на требуемую температуру и в результате получаем вариативность свойств. Для того чтобы управлять этим процессом строят диаграммы рекристаллизации в трех координатах.

2.Кроме хим состава структура чугуна и его свойства зависят от технологических факторов, главным из которых является ско­рость охлаждения. С уменьшением скорости охлаждения возрастает количество графита, а с ее увеличением - количество химически связанного углерода. При выборе скорости охлаждения принимают во внимание толщину стенки отливки. Чем она больше, тем меньше скорость охлаждения и полнее протекает процесс графитизации. В чугунах с высоким содержанием кремния при медленном охлаждении отливки первичная кристаллизация происходит в соответствии со стабильной диаграммой Fe-C; в этом случае графит появляется непосредственно из жидкой фазы. С увеличением скорости охлаждения создаются условия для пер­вичной кристаллизации в соответствии с метастабильной диаграммой Fe- Fe₃C; из жидкой фазы выделяется цементит, а графит образуется вследствие его распада при дальнейшем охлаждении. Иногда ледебурит не разлагается и остается в структуре. Вторичная кристаллизация преимущественно протекает в соответствии с метастабильной диаграммой, вторичный цементит и цемен­тит перлита могут сохраниться или графитизироваться в зависимости от содержания кремния и скорости охлаждения. З.Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают в результате специального графитизи-рующего отжига (томление) доэвтектического белого чугуна. Графит в таких чугунах называют углеродом отжига. Ковкий чугун по сравнению с серым обладает более высокой прочностью, что связано с меньшим влиянием хлопьевидной формы графита на мех свойства ме основы. При производстве ковкого чугуна очень важно, чтобы отливки белого чугуна, подвергаемые отжигу, были тонкостенными. В противном случае в сердцевине при кристаллизации будет выделяться пластичный графит и чугун станет непригодным для отжига. По структуре ме основы ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными. Перлитный ковкий чугун получают из ваграночного белого чугуна путем отжига в окислительной среде. Увеличивается как бы продолжительность первой стадии графитизации, после чего идет непрерывное охлаждение отливок до комнатной температуры и чугун приобретает структуру перлит и углерод отжига. Полное отсутствие литейных напряжений, которые снимаются за счет длительного отжига, и разобщенность графитовых включений обуславливают высокие мех свойства ковких чугунов. Ковкие чугуны широко применя­ются в сельскохозяйственном, автомобильном и текстильном машиностроении, в судо - и котло - , вагоно - и дизелестроении. Этот чугун идет на изготовление детали высокой прочности, которые подвержены сильному истиранию и ударным знакопере­менным нагрузкам. Большая плотность отливок ковкого чугуна позволяет изготавливать детали водо- и газопроводных устано­вок. К недостаткам ковкого чугуна можно отнести высокую стоимость из за продолжительного дорогостоящего отжига.

5