Характеристика материала 45

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

[email protected]

Компьютерная графика; Материаловедение;

Прикладная механика; Детали машин;

И многое другое.

+79114162107 Александр

Контрольные:

Материаловедение + Компьютерная графика = 1500 руб.

Исполнитель -

 

Руководитель –

О.В. Казачков

 

 

Петрозаводск 2016

 

СОДЕРЖАНИЕ

Вопрос 1. Что такое дендрит? Как и почему образуются дендриты при кристаллизации реального слитка?..........................................................................................................................3

 

Вопрос 2. Объясните, почему пластическую деформацию свинца при комнатной тем- пературе считают горячей деформацией, а деформация вольфрама даже при температуре 1000° С является холодной пластической деформацией. .........................................................4

 

Вопрос 3. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,0% С. Какова струк-тура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?......................5

 

Вопрос 4. Углеродистая сталь 45 после закалки и отпуска имеет твердость 50 НRC. Используя диаграмму состояния железо - карбид железа и учитывая превращения, проис-ходящие в стали при отпуске, укажите температуры закалки и отпуска. Опишите превра-щения, которые происходят при выбранных режимах термической обработки, и окон-чательную структуру…………………………………………………………………………….7

 

Вопрос 5. По диаграмме состояния железо - карбид железа и определите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 20. Охарактеризуйте эти виды термической обработки, опишите структуру и свойства стали………………………………8

 

Список использованных источников………………………………………………………….11

 

ВАРИАНТ № 49

 

Вопрос 1. Что такое дендрит? Как и почему образуются дендриты при кристаллизации реального слитка?

 

Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные (древовидные) кри­сталлы, получившие название дендритов (рисунок 1).

При образо­вании кристаллов их развитие идет в основном в направлении, перпендикулярном к плоскостям с максимальной плотностью упа­ковки атомов. Это приводит к тому, что первоначально образуются длинные ветви (рис. 1 а), так называемые оси первого порядка (I – главные оси дендрита).

Одновременно с удлинением осей первого порядка на их ребрах зарождаются и растут перпендику­лярные к ним такие же ветви второго порядка (II). В свою очередь, на осях второго порядка зарождаются и растут оси третьего по­рядка (III) и т. д. В конечном счете образуются кристаллы в форме дендритов (рис. 1 б).

 

 

 

Рисунок 1 – Схема дендритного кристалла (а) и роста дендритов (б)

 

 

Дендритное строение выявляется после специального трав­ления шлифов, поскольку все промежутки между ветвями ден­дритов заполнены и видны обычно только места стыков дендритов в виде границ зерен. Правильная форма дендритов искажается в результате столкновения и срастания частиц на поздних ста­диях процесса. Дендритное строение характерно для макро- и микроструктуры литого металла (сплава).

При затвердевании слитка кристаллизация начинается у по­верхности более холодной формы и происходит вначале преиму­щественно в примыкающем к поверхности тонком слое сильно переохлажденной жидкости. Вследствие большой скорости ох­лаждения это приводит к образованию на поверхности слитка очень узкой зоны I сравнительно мелких равноосных кристал­литов.

За зоной I в глубь слитка расположена зона II удлиненных дендритных кристаллитов (зона транскристаллизации). Рост этих кристаллитов происходит в направлении отвода теплоты, т. е. нормально к стенкам изложницы. Последовательный рост дендритов к стенкам изложницы происходит в результате продвижения в глубь расплава ветвей первого порядка и их разветвления аналогично тому, как это было описано выше.

Вопрос 2. Объясните, почему пластическую деформацию свинца при комнатной тем- пературе считают горячей деформацией, а деформация вольфрама даже при температуре 1000° С является холодной пластической деформацией.

 

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

Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.

Деформацию называют горячей, если ее проводят при температуре выше температуры рекристаллизации для получения для получения полностью рекристаллизованной структуры.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

А.А. Бочвар показал, что между температурным порогом рекристаллизации и температурой плавления металлов имеется простое соотношение: рекристаллизация начинается при температуре, составляющей одинаковую для всех металлов долю от температуры плавления по абсолютной шкале, а именно Тп.р. = (0,3¸0,4)Тпл.

Последнее равенство справедливо для металлов сравнительно высокой технической чистоты (около 99,99%).

Температура начала рекристаллизации свинца:

 

(327 + 273)·0,4 - 273 = -33°С.

 

Температура начала рекристаллизации вольфрама:

 

(3410 + 273) ·0,4 – 273 = 1200°С.

 

Вопрос 3. Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,0% С. Какова струк-тура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

 

 

Отметим указанный сплав, содержащий 3.0 % углерода (доэвтектический белый чугун) на диаграмме железо - цементит вертикалью (рис.1).

Кривая охлаждения строится с применением правила фаз и правила отрезков.

При кристаллизации доэвтектических сплавов (2,14 — 4,3 % С) из жидкой фазы по достижении температур, соответствующих линии ликвидус ВС (точка 1 - 1360°С), сначала выделяются кристаллы аустенита. Состав жидкой фазы в интервале температур кристаллизации определяется линией ВС, а аустенита — линией JE .

Правило фаз С = 2-2+1=1

На кривой охлаждения отмечаем замедление охлаждения в связи со скрытой теплотой кристаллизации.

При температуре 1147°С (точка 2) аустенит достигает предельной кон­центрации, соответствующей точке Е (2,14 % С), а оставшаяся жидкость — эвтектического состава точки С (4,3 % С).

При температуре эвтектики (линия ECF) существует нонвариантное (С = 0) равновесие — аустенита состава Е (А_Е), цементита (Fe₃C) и жидкой фазы состава С (Жc).

При постоянной температуре 1147^oС идет эвтектическое превращение, заклю-чающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного.

Правило фаз С = 2-3+1 = 0 . На кривой охлаждения при кристаллизации эвтектики (леде­бурита) отмечается площадка.

При понижении температуры вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените (линия ES) происходит частичный распад аустенита — как первичных его кристаллов, выделившихся из жидкости, так и аустенита, входящего в ледебурит. Этот распад включается в выделении кристаллов вторичного Fe₃C и умень­шении в связи с этим содержания углерода в аустените в соответствии с линией ES.

При 727 °С (точка 3) аустенит, обедненный углеродом до 0,83 %, превращается в перлит. Состав ледебурита также изменится. Из входящего в его со­став аустенита будет выделяться вторичный цементит, затем ау­стенит превратится в перлит, и, таким образом, при комнатной температуре ледебурит будет состоять из перлита и цементита.

В итоге первичной и вторичной кристаллизации образуется микрострукту-ра, состоящая из трех структурных составляющих: перлита (крупные темные зерна), вторичного цементита (белая составляющая), ледебурита перлитного (ячеистая состав-ляющая, в которой на белом цементитном поле располагаются мелкие темные включения перлита).

Правило фаз С = 2-3+1 = 0 . На кривой охлаждения отмечается площадка.

Вопрос Вопрос 4. Углеродистая сталь 45 после закалки и отпуска имеет твердость 50 НRC. Используя диаграмму состояния железо - карбид железа и учитывая превращения, проис-ходящие в стали при отпуске, укажите температуры закалки и отпуска. Опишите превра-щения, которые происходят при выбранных режимах термической обработки, и окон-чательную структуру.

 

 

Характеристика материала 45

Марка:
Классификация:	Сталь конструкционная углеродистая качественная. Содержание углерода 0.45%
Применение:	Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

 

Температура критических точек материала 45

ГОСТ 1050 – 88

 

Ac1 = 730 °С, Ac3(Acm) = 755 °С, Ar3(Arcm) = 690 °С , Ar1 = 780 °С , Mn = 350 °С

 

 

Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

Температура точки Ас3 для стали 45 составляет 755°С, а Ас1 равна 730°С. Структура доэвтектоидной стали при нагреве её до критической точки Ас1 состоит из зерен перлита и феррита. В точке Ас1 происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве от точки Ас1 до Ас3 избыточный феррит растворяется в аустените и при достижении Ас3 (линия GS) превращения заканчиваются.

Доэвтектоидные стали для закалки следует нагревать до температуры на 30 — 50°С выше Ас3. Температура нагрева стали под закалку, таким образом, составляет 785 — 805°С. Охлаждение на воздухе обеспечивает скорость охлаждения выше критической.

Структура стали 45 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.

В зависимости от температуры отпуска меняется твердость закаленной стали. Например, при 600°С твердость НВ не более 200 ед., при 400°С – не более 280 ед., а при 200°С – не более 450 ед.

Поэтому для получения твердости 50 НRC закаленную сталь подвергают низкому отпуску при температуре 170 — 190°С. Низкий отпуск, незначительно снижая твердость закаленного изделия, существенно повышает сопротивление стали хрупкому разрушению.

Структура доэвтектоидной стали после низкого отпуска на глубину прокаливания – мартенсит отпуска.

В результате термической обработки твердость изделия на глубину прокаливания составит 50 НRC.

 

Вопрос 5. По диаграмме состояния железо - карбид железа определите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 20. Охарактеризуйте эти виды термической обработки, опишите структуру и свойства стали.