Курсовая работа по материаловедению
Выполнил: студент 2 курса 4 группы
Волков Алексей Леонидович
Проверил Александров В. М.
Архангельск
2005
Содержание работы
1. Анализ диаграммы Fe-c (Fe-Fe3c).
1.1 Вычертить диаграмму и дать ее описание.
1.2 Указать структурные составляющие и фазы во всех областях диаграммы, дать их определение с указанием твердости.
1.3 Описать превращения и построить кривую охлаждения в интервале от 16000 до 6000 С0 (с применением правила фазы) для сплава с содержанием углерода С= 1,0%.
1.4 Выбрать для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определить:
а) Содержание углерода в фазах.
б) Количественное соотношение фаз в %.
1.5 Изобразить микроструктуру заданного сплава при комнатной температуре.
1.6 По микроструктуре описать примерные механические свойства.
2. Для изделия вал, диаметр 28мм., выбрать материал и назначить – метод получения (литьем, ковкой, штамповкой, резанием, сваркой), предварительную термическую обработку (ТО) и основную термическую обработку (ТО) или химико-термическую обработку (ХТО).
2.1 Расшифровать выбранную марку сплава.
2.2 Указать к какой группе относится данная марка стали по назначению.
2.3 После выбора метода получения изделия назначить режим предварительной ТО с указанием температуры нагрева, охладителя, структуры и примерных механических свойств.
2.4 Расписать режим и дать обоснование основной технологии ТО или ХТО
2.5 Объяснить влияние легирующих элементов на всех этапах основной технологии ТО или ХТО.
2.6 Описать структуру и механические свойства полученного изделия.
2.7 Дать определение полученных структур.
1.1 Анализ диаграммы Fe – c ( Fe -Fe3c)
Линия AВCD – линия ликвидус. Выше неё сплавы находятся в жидком состоянии.
Линия AHJECF – линия солидус. Ниже неё все сплавы находятся в твердом состоянии.
Линия GSE – линия вторичной кристаллизации стали.
Линия GPSK – линия конца вторичной кристаллизации стали.
Линия EF – линия начала вторичной кристаллизации чугуна.
Линия SK – линия конца вторичной кристаллизации чугуна.
Ниже линии PSK ни каких изменений не происходи
1.2 Указать структурные составляющие и фазы во всех областях диаграммы, дать их определение с указанием твердости.
Аустенит – мягкая (HB 30…40), пластичная структура, твердый раствор углерода в γ - железе (Feγ). Аустенит имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую (ГЦК) решетку. Его структура представлена одной фазой – твердым раствором, который может иметь переменный состав в зависимости от температуры. Чем выше температура, тем больше, углерода растворяется в решетке γ- железа. Максимальная растворимость составляет 2,14%(при 1147˚С), минимальная – 0,8%(при 727˚С).
Цементит – это химическое соединение железа с углеродом, цементит содержит 6,67% углерода, обладает высокой твердостью НВ 800.
Ледебурит – структура очень твердая и хрупкая и имеет твердость HB 700.
Феррит – мягкая и вязкая структура, его твердость составляет HB 90…100. Твердый раствор углерода в α- железо Feα. Феррит имеет кубическую объемно-центрированную кристаллическую (ОЦК) решетку.
Перлит – эвтектоидная смесь, состоящая из двух фаз - феррита и цементита. Структура достаточно прочная с твердостью HB 180…220.
1.3 Описать превращения и построить кривую охлаждения в интервале от 16000 до 6000 С (с применением правила фазы) для сплава с содержанием углерода С= 1.0%.
Сплав, содержащий 1.0%С, при охлаждении начинает затвердевать при температуре t1. Из жидкого сплава выпадают кристаллы аустенита. При понижении температуры образуются новые кристаллы с большим содержанием углерода, а ранее выпавшие кристаллы аустенита продолжают расти, обогащаясь углеродом, т. е. наращиваемые слои на поверхности кристаллов содержат больше углерода, чем центральные. Это вызывает внутрикристаллическую, или дендритную ликвацию. Вследствие протекания диффузионных процессов в выпавших кристаллах происходит частичное выравнивание состава. Однако этот процесс протекает медленно, и затвердевший сплав имеет внутрикристаллитную ликвацию.
При температуре t3 затвердевает, кристаллизуясь в аустенит. Процесс первичной кристаллизации данного сплава закончен.
При понижении температуры с 1147 до 7270 С в сплавах железо-углерод происходят превращения, связанные с углерода из аустенита по линии ES в виде вторичного цементита (в отличие от первичного, кристаллизующегося из жидкой фазы); структура такой стали состоит из двух фаз (А+ЦІІ).
При понижении температуры до 7270 С аустенит достигнет эвтектоидной концентрации углерода (0.8%С) и превратится в перлит. Структура заэвтектоидной стали при температуре ниже 7270 С состоит из перлита и вторичного цементита (П+ ЦІІ).
При понижении температуры с 7270 С до комнатной растворимость углерода в феррите (в структурно свободном или в составе перлита) уменьшается по линии PQ, так как при этих температурах феррит оказывается перенасыщенным углеродом. Избыточный углерод выделяется из феррита в виде третичного цементита. Эту структурную составляющую можно обнаружить и следует учитывать в сталях с содержанием углерода до 0.2%; при большем содержании углерода выделением третичного цементита можно пренебречь, так как его количество настолько мало, что практически в структуре он не обнаруживается и не оказывает влияния на механические свойства стали.
Таким образом, после вторичной кристаллизации стали при температуре ниже 7270 С имеют следующую структуру: доэвтектоидные – феррит и перлит, эвтектоидные – перлит и заэвтектоидные – перлит и вторичный цементит.
Кривую охлаждения данной стали можно построить с использованием правила фаз:
Зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением С = К–Ф+1, где
С – число степеней свободы системы
К – число компонентов образующих систему
1 – число внешних факторов
Ф – число фаз находящихся в равновесии.
Под числом степеней свободы пронимают возможность изменения температуры и давления без изменения числа фаз, находящихся в равновесии. Применяя правило фаз, определим степень свободы для точек 1,2,3,4.
1.С=2-2+1≠0;
2.С=2-2+1≠0;
3.С=2-1+1≠0;
4.С=2-3+1=0.
