Контрольная работа по "Материаловедение"

1.Опишите магнитное превращение в металлах. Приведите примеры.

Железо - металл серебристо-белого цвета. Наиболее чистое железо, которое может быть получено в настоящее время, содержит 99,99 %Fe.Температура плавления железа 1539°С.

Металлы могут находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Переход из одного состояния в  другое происходит при определенных температурах и сопровождается резким изменением свойств металла. В Газах атомы двигаются хаотично, стремясь занять возможно большой объем. в Жидких металлах атомы сохраняют ближний порядок в расположении, т. е. в небольших объемах атомы закономерно расположены в пространстве. Однако такое расположение атомов неустойчиво. В каждом состоянии металл принимает форму сосуда (например, изложницы). В твердом состоянии атомы расположены в строго определенном закономерном порядке. Твердое тело сохраняет свою форму.

При переходе из жидкого состояния  в твердое образуются кристаллы; это процесс называют кристаллизацией. Процесс кристаллизации начинается с зарождения мельчайших кристаллов, Называемых зародышами, или центрами кристаллизации.

Температуру, при которой происходит какое-либо превращение в металле (например, переход из жидкого состояния  в твердое), называют критической  температурой, а точки, обозначающие начало и конец этого превращения (рисунок 1, а и б), называют критическими точками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Превращение одной модификации в  другую при охлаждении сопровождается выделением тепла, а при нагревании – поглощением тепла и протекает  при постоянной температуре. На кривой охлаждения чистого железа при температурах, отвечающих полиморфным превращением, можно видеть горизонтальные площадки (рисунок 2).

Полиморфные превращения металлов представляет собой процесс вторичной кристаллизации, или перекристаллизации. Последняя осуществляется аналогично кристаллизации из жидкого состояния.

При охлаждении жидкого железа кристаллизация происходит при 1539°С с образованием о. ц. к. решетки. Высокотемпературную модификацию железа обозначают (иногда ). Этот переход совершается без переохлаждения, так как для большинства чистых металлов степень переохлаждения незначительна.

У некоторых металлов превращение  происходит и в твердом состоянии. При таком превращении атомы  в кристаллической решетке из одного вида элементарной ячейки перестраиваются  в другой. Это явление называют полиморфизмом, или аллотропией, а  процесс - полиморфным, или аллотропическим  превращением.

Различные кристаллические формы  одного элемента называют полиморфными, или аллотропическими модификациями. Их обозначают греческими буквами α, β, γ и δ, начиная с той формы, которая существует при более  низкой температуре.

 

 

 

Дальнейшее охлаждение до 1392 характеризуется понижением температуры без каких-либо изменений. При 1392 на кривой охлаждения появляется площадка, свидетельствующая о вторичной кристаллизации или полиморфизмом (аллотропическом) превращении →. При этом образуется новая модификация железа, имеющая г. ц. к. решетку. Понижение температуры до 911 вызывает новое аллотропическое превращение → с образованием новой о. ц. к. решетки. Дальнейшее понижение температуры с 911 до комнатной не изменяет тип элементарной кристаллической ячейки. Однако при 768°С происходит остановка на кривой охлаждения, связанная с изменением магнитных свойств железа. Выше 768°С немагнитно (иногда его обозначают ), а ниже 768°С железо ферромагнитно. Критическая точка (768 °С), соответствующую магнитному превращению, т.е. потере магнитных свойств, называют точкой Кюри и обозначают (при охлаждении) и (при нагреве).

 

2.Вычертите  диаграмму состояния системы  сурьма-висмут. Опишите взаимодействие  компонентов в жидком и твердом  состоянии, укажите структурные  составляющие во всех областях  диаграммы состояния и объясните  характер изменения свойств в  данной системе.

                                                                                                                         

 

 

 

Температура компонента Sb равномерно понижается до t sb , при которой компонент Sb затвердевает. После затвердевания компонента Sb вновь возобновляется равномерное понижение температуры. Аналогично протекает процесс кристаллизации компонента Bi.

Рассмотрю процесс кристаллизации некоторых  сплавов системы, образованной компонентами Sb и Bi.

Сплав (1), содержащий 20% Bi, начинает затвердевать по достижении температуры , когда из жидкого сплава(Ж) начинают выделяться кристаллы компонента Sb.При понижении температуры продолжается процесс кристаллизации компонента Sb, тогда как состав оставшийся жидкой части сплава изменяются в сторону обогащения металлом Bi.С понижением температуры состав жидкой части сплава меняется по линии ликвидус (АСВ), приближаясь к эвтектическому составу 40%Bi.(точка С).

По достижении температуры  жидкая часть сплава затвердевает при постоянной температуре с одновременной кристаллизации металлов Sb и Bi., образующих эвтектическую смесь.

После затвердевания  сплавов будет иметь микроструктуру, состоящую из кристаллов компонента Sb, первоначально выделившихся в интервале температур от до , и эвтектики, образовавшийся при окончательном затвердевании сплав при .Этот сплав на диаграмме лежит левее точки С, и называется доэвтектическими. Все доэвт. сплавы после затвердевания имеют в микроструктуре эвтектику (Sb+Bi). и избыточные кристаллы металла Sb.

Сплав (2), содержащий 80%Bi, начинается при температуре , когда из жидкого сплава выделяется избыточные кристаллы Bi.С понижением температуры благодаря выделению этих кристаллов состав жидкой части сплава меняется по кривой АСВ. По достижении жидкий сплав имеет эвтектический состав(40%Sb+60%Bi) и затвердевает с образованием эвт. смеси кристаллов Sb и Bi.Все сплавы на диаграмме расположенные правее точки С (т.е содержащие более 40% Sb), наз. заэвтектическими и после затвердевания будут состоять из избыточных кристаллов компонента Sb, окруженных эвтектикой (Sb+Bi). Чем ближе состав сплава к эвт-му, тем больше будет участков эвтектики и меньше избыточных кристаллов компонента Sb. После затврдевания сплав имеет структуру кристаллы Bi+эвтектика(Bi+Sb).

При образовании  мех.смесей свойства изменяются по линейному закону. Значение характеристик свойств сплава находиться в интервале между характеристиками чистых компонентов.

 

 

3.Как изменяются структура и  свойства металла при горячей  пластической деформации.

Деформация-изменение размеров и формы тела под действием приложенных к нему сил. Деформацию внешние силы, а так же различные физико-механические процессы, происходящие в этом теле (например: сжатие (расширение) тела при охлаждении(нагрева) с наличием температуры изменяется объем и т.д.). Пластическая деформация, которая не устраняется после снятия нагрузки. Эта деформация вызывает изменение структуры и свойств металла.

В зависимости  от отношения температуры деформации к температуре рекристаллизации различают :холодную и горячую деформацию.

Холодной  деф. называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации, поэтому холодная деф. сопровождается наклепом металла.

Горячую деформацию осуществляют при температуре  выше температуры рекристаллизации(рисунок4). В этом случаи упрочнение, вызванное пластич.деформацией, полностью снимается возвратом и рекристаллизацией. Скорость рекрист. в практических условиях выполнения прокатки (ковки, штамповки) выше скорости деформации.

В процессе горячей обработки давлением  дендритная структура слитка разрушается, и дендриты вытягиваются в направлении  деформации. Междендритные пространства, содержащий большое кол-во примесей и немеет. включений, также деформируются и образуют характерные волокна.

Такое строение называют полосчатостью, которая влияет на мех. свойства, главным образом на ударную вязкость. Она выше в продольном направлении и ниже в поперечном (по отношению к направлению течения металла при прокатке, ковке, штамповке). В меньшей степени продольная полосчатость влияет на пластичность (относительное удлинение и сужение). Прочность и твердость не зависит от полосчатости. Направление волокна в поковках должно совпадать с направлением наибольших напряжений, возникающих в изделиях при эксплуатации. Например: в поковках зубчатых колес требуется радиальное расположение волокон, в колесных бандажах, и кольцах подшипников- тангенциальное.

В период возврата механические свойства изменяются мало. По достижении температуры начала рекристаллизации () предел прочности и особенно предел текучести резко уменьшаются, а пластичность возрастает.

В период собирательной рекристаллизации механические свойства изменяются мало. При высокой температуры пластичность уменьшается, что проявляется рост зерна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

4 Вычертите диаграмму железо-цементит, укажите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600°С (с применением правила фаз) для сплава содержащего 2, 4 % С. Для заданного сплава определите при температуре 1250°С: состав фаз т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.   

 

 

 

 

 

                                                               

                                                                                                                                                                                                                            

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строю кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600°С. (Рисунок6). для сплава (I-I)содержащего 2, 4 % С

 

             

 

 

 

 

 

 

       Для сплава (I-I) определяю при температуре 1250°С: состав фаз т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.

Кол-во фаз:

в (.)у-состояние А =1,5%С

в(.)х-состояние сплва =2,4%

в(.)z-состояние Ж=3,4%

Соотношение:

=*100%=*100%=47%;

=*100%=*100%=53%;

Q=

 

5 Какие характеристики мех. свойств снижаются с повышением температуры, а какие повышаются.

Вязкость-способность  металла поглощать мех. энергию внешних сил за счет пластической деформации.

С повышением температуры вязкость увеличивается (Рисунок 7).                                                                                                                    

           

 

 

 

 

 

 

                 

 

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предел  текучести  существенно изменяется с изменением температуры, а сопротивление отрыву не зависит от температуры. При температуры выше предел текучести меньше сопротивлению отрыва. При нагружении сначала имеет место пластической деформации, а потом разрушение. металл находится в вязком состоянии.

При температуре  ниже сопротивление отрыву меньше предела текучести. В этом случаи металл разрушается без предварительной деформации, т. е. находится в хрупком состоянии. Переход из вязкого в хрупкое состояние осуществляется в интервале температур (границы критических интервалов нижняя и верхняя).

Хладноломкость- склонность металла к переходу в  хрупкое состояние с понижением температуры. Хладноломкими является :железо, вольфрам, цинк и др. металлы, имеющие о.ц.к и г.п.у. кристаллические решетки.