Контрольная работа по «Материаловедение»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

 

 

Кафедра технология машиностроения

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине «Материаловедение»

 

 

Выполнила студентка гр.ЗТ-Сд111

Егерева У.И.

 

 

Приняла

Л.В. Картонова

 

 

Владимир 2012

13.1. Опишите явление полиморфизма в приложении к титану, а так же строение и основные характеристики кристаллической решетки (параметры, координатное число, плотность упаковки) для гексагональной модификации.

        Полиморфизм - способность твердых веществ и жидких кристаллов существовать в двух или нескольких формах с различной кристаллической структурой и свойствами при одном и том же химическом составе. Это слово происходит от греческого "полиморфос" - многообразный.

       Многие  металлы в зависимости от температуры  могут существовать в разных  кристаллических формах или, как  их называют, в разных полиморфных  модификациях. В результате полиморфного  превращения атомы кристаллического  тела, имеющие решетку одного  типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая  решетка другого типа. Полиморфную  модификацию, устойчивую при более  низкой температуре, для большинства  металлов принято обозначать  α, а при более высокой – β, затем γ и т. д.

       При  полиморфном превращении кристаллы (зерна) новой полиморфной формы  растут в результате неупорядоченных, взаимно связанных переходов  атомов через границу фаз. Отрываясь  от решетки исходной фазы (например, β), атомы по одиночке или группами присоединяются к решетке новой фазы (α), и, как следствие этого, граница зерна α-модификации передвигается в сторону зерна β-модификации, «поедая» исходную фазу. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерен исходных кристаллитов. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристаллам исходной модификации.

     Используя  явление полиморфизма, можно упрочнять  и разупрочнять сплавы при  помощи термической обработки.

      Титан имеет две аллотропические модификации: до 882 °С существует α-титан (плотность 4,505 г/см3), который кристаллизуется в гексагональной решетки с периодами а = 0,2951 нм и с = 0,4684 нм, а при более высоких температурах – β-титан (при 900 °С плотность 4,32 г/см3), имеющий ОЦК-решетку, период которой а = 0,3282 нм.

     Гексагональная  плотноупакованная решетка, сокращенно  ГПУ, отличается от простой гексагональной  тем, что в центр объема каждой  второй треугольной призмы помещен  дополнительный узел (рис. 2.3б). При  этом весь кристалл оказывается составлен из правильных тетраэдров. Это накладывает строгое условие на соотношение между высотой призмы c и длиной ее основания a: c/a = {8/3}1/2

   13.2. Область применения макроанализа. Определение ликвации серы по Бауману (метод отпечатков).

Для выявления в стали ликвации серы при­меняют метод Баумана, для выполнения которого необходимо:

1) макрошлиф хорошо протереть  ватой, смоченной спиртом, и поло­жить  на стол шлифованной поверхностью  вверх;

2) лист глянцевой бромосеребряной  фотографической бумаги вымо­чить  на свету в течение 5—10 мин  в 5 %-м водном растворе серной  кислоты, слегка просушить между  двумя .листами фильтровальной бумаги для удале­ния избытка раствора, наложить эмульсионной стороной на макрошлиф и. приглаживая сверху рукой пли резиновым валиком, удалить образующиеся пузырьки газов, выдержать на макрошлифе в течение 2-3 мин и осторожно снять с него;

3) полученный отпечаток  промыть в воде, зафиксировать  в 25 %-м вод­ном растворе гипосульфита, снова промыть в воде и просушить.

Полученные на фотобумаге участки коричневого цвета указывают на места, обогащенные серой (скопления сульфидов). Если фотобумага имеет равномерную окраску, следовательно, сера распределена равномерно.

Появление темных участков в местах, обогащенных серой, объясняется тем, что сначала между серной кислотой, впитанной в фотобумаг}', и вклю­чениями MiiS, в виде которых сера находится в стали, происходит следую­щая реакция:

MnS + H2S04 = MnS04 + H2S

Образующийся сероводород действует на бромистое серебро эмульси­онного слоя, в результате получается сернистое серебро, имеющее темно-коричневый цвет;

2AgBr + H2S = Ag2 S + 2HBr

На рис. 1.1 дана фотография отпечатка, характеризующего неравно­мерное распределение серы в образце рельса.

 

 

 

 

13.3. Сравните влияние нормализации  и улучшения на структуру и  свойства стали. В чем причина  различия механических свойств  получаемых при этом структур?

    Контроль качества стали предполагает  проведение ряда операций и  приемов,

обеспечивающих заданный уровень качества металла в процессе его производства,

а также оценку соответствия фактических потребительских характеристик и

товарного вида готовой продукции требованиям стандартов.

К наиболее распространенным дефектам  относятся химическая и структурная

неоднородность, повышенное содержание вредных примесей и неметаллических

включений, дефекты макро- и микроструктуры, внутренние дефекты, дефекты формы

и поверхности изделий и т. д.

Для контроля и оценки разработаны специальные методы испытаний и средства

измерения, а также соответствующие документы, характеризующие условия

поставки и приемки. Применяются стандартные образцы, с которыми сравнивают

фактические образцы с помощью спектрального, рентгеновского и других

анализов.

Номенклатура показателей качества зависит от вида поставок и назначения

стали. Для оценки качества металла определяют его химический состав,

механические свойства, делают макро- и микроструктурные анализы, производят

внешний осмотр и др.

Химический состав является основной и важной характеристикой качества стали,

так как весь комплекс физических, химических, механических и технологических

свойств зависит от содержания углерода, вредных, полезных и сопутствующих

элементов. Химический состав во многом определяет режим последующей обработки

сталей давлением, сваркой и термической обработкой, а также структуру и

свойства полученных изделий.

Анализ химического состава проводится для каждой плавки стали отбором средней

пробы при разливке металла в слитки. Пробы заливают в чугунные стаканчики-

изложницы, а после затвердения из них сверлением или строганием получают

стружку металла для химического анализа. Результаты анализа вносят в

сертификат на сталь данной плавки.

Наиболее распространенными нормируемыми показателями механических свойств

металлов являются уровень твердости, прочность, относительное удлинение и

сужение, ударная вязкость и др. Приведенные свойства стали определяются как в

исходном, так и в отожженном или термически обработанном состоянии. После

проведения анализа выясняют соответствие полученных данных требованиям

стандартов.

     Макроструктурный анализ применяется  для исследования структуры сталей

невооруженным глазом или при увеличении ее в 30 раз с помощью лупы. Изучение

макроструктуры производится темя методами: методом изломов, методом макрошлифов

и просмотром отшлифованной и протравленной поверхности готового изделия.

Метод изломов позволяет определить наличие дефектов во внутреннем строении

материала, толщину слоя поверхностной обработки, размеры зерен и их  взаимное

расположение и т. д. Метод макрошлифов основан на исследовании

специальных макрошлифов, которые представляют собой продольные или плоские

поперечные образцы, вырезанные  из изделий. В результате анализа определяется

волокнистость материала, неоднородность химического состава, а также дефекты

внутреннего строения. Просмотром отшлифованной и протравленной поверхности

готового изделия контролируется качество различной металлопродукции: слитков и

отливок, изделий, полученных обработкой давлением, сваркой, механической и

поверхностной обработкой и др. В процессе микроструктурного анализа

структуру стали исследуют с помощью микроскопа. Строение металла, наблюдаемое

при увеличении в 50-2000 раз, называется микроструктурой. Наибольшее

распространение получили оптические микроскопы. Для изучения микроструктуры

образец вырезают в продольном или поперечном направлении, затем шлифуют,

полируют до зеркального блеска и протравливают специальным реактивом.

Также получили распространение специальные физические методы контроля скрытых

дефектов в металлических изделиях без их разрушения. Совокупность этих методов

называется дефектоскопией. Основными видами дефектоскопии являются

ультразвуковая, магнитная, рентгеновская, люминесцентная и др.

Показатели качества металлов и изделий оформляются документом, которые

делятся на две основные группы. Первая группа документов определяет

технические требования к качеству металлов и изделий: ГОСТы, ТУ, наряд заказы

и т. п., вторая- характеризует качество изделий данной партии или марки:

сертификат о качестве, акт проверки качества и т. д.

            Металлургические способы повышения  качества стали.           

Разработан ряд  новых и эффективных способов повышения качества стали

непосредственно в металлургическом  производстве. Эти способы основаны, во-

первых, на более полном удалении из сталей газов и вредных неметаллических

включений и, во-вторых на изменении химического состава сталей за счет ввода

в них специальных легирующих элементов, улучшающих различные свойства сталей.

В выплавленной стали всегда содержится определенное количество газов и

неметаллических включений. Содержание газов даже в сотых и тысячных долях

процента существенно снижает механические и другие свойства стали.

Неметаллическими включениями, содержащимися в стали, являются соединения

железа, кремния, марганца и др. Основными металлургическими способами

снижения содержания газов и неметаллических включений в стали являются:

электрошлаковый ее переплав, рафинирование синтетическим шлаком, вакуумная

дегазация, вакуумно-дуговой переплав, переплав в электроннолучевых печах и

др. Снижение в стали неметаллических включений достигается также изменением

сочетания и последовательности введения раскислителей.

При электрошлаковом переплаве из металла, подлежащего обработке, вначале

изготавливают электроды, которые затем опускают в сой рабочего флюса,

обладающего высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока рабочий

флюс плавится и образуется шлак, который выделяет тепло. Проходя через жидкий

шлак, капли металла очищаются от вредных примесей и образуют высококачественный

слиток. Этот метод целесообразно применять при получении высококачественных

шарикоподшипниковых сталей, жаропрочных сплавов, изготовлении деталей турбин и

                                       др.                                      

Сущность обработки металла синтетическим шлаком заключается в том, что

жидкую сталь из плавильной печи выливают в ковш со специальным синтетическим

шлаком с большой высоты. При бурном перемешивании  шлак всплывает, сталь

получается чистой. Рафинирование жидким синтетическим шлаком в ковше улучшает

макроструктуру стали, удаляет до 70% серы. Этот способ нашел широкое применение

при обработке конвертерной, мартеновской стали, а также электрометалла.

     Вакуумная дегазация- один из  наиболее распространенных способов  повышения

качества стали- заключается в удалении из стали водорода, кислорода и азота.

При вакуумировании резко повышаются  механические свойства сталей. основными