Файл: Экзаменационные вопросы по дисциплине Конструкционные материалы и технологические процессы машиностроительного производства.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 23
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
61. Перечислить фазы и структурные составляющие, встречающиеся в сталях, и дать характеристику их свойств.
Железо – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – 1539 °С±5° С.
Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 °С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 °С).
Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.
Аустенит (А) Feγ (С) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе.
62. Основные превращения в сталях. Опишите эвтектоидное превращение. По какой линии оно протекает?
Четыре основных превращения при термической обработке в стали При термической обработке стали наблюдаются следующие превращения: 1. Превращение перлита в аустенит, протекающее выше точки А1. α + Fe3C → γ 2. Превращение аустенита в перлит, протекающее ниже А1 γ → α + Fe3C 3. Превращение аустенита в мартенсит: γ→М 4. Превращение мартенсита в перлит (в ферритокарбидную смесь).
По линии PSK при постоянной температуре 727o С идет эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит, содержащий 0,8 % углерода, превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного: A0,83 -> ЭВТ. (Ф + ЦП). По механизму данное превращение похоже на эвтектическое, но протекает в твердом состоянии.
63. Какая фаза образуется при содержании в железе 6,67 % углерода? Расположите фазы и структурные составляющие в порядке убывания их твердости …
Цементит (Fe3C) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), со сложной ромбической решёткой, содержит 6,67 % углерода. Он твёрдый (свыше 1000 HВ), и очень хрупкий. Цементит — метастабильная фаза и при длительном нагреве самопроизвольно разлагается с выделением графита.
64. Какие линии диаграммы «железо-цементит» соответствуют критическим точкам Ас1, Ас3, Асm?
Ф —> А, температура которого зависит от содержания углерода в стали. Точка А4 — линия NJ превращение Fey —> Feg; Acj — линия SE; начало выделения Ли (иногда эту точку обозначают и какЭ3).
Поскольку превращения совершаются при нагреве и охлаждении при различных температурах (вследствие теплового гистерезиса), чтобы отличить эти процессы, ввели дополнительные обозначения. Для обозначения превращений при нагреве к букве «А» добавляют букву «с»: Аср Ас2; при охлаждении — латинскую букву «г»: Arp Аг3.
65. Запишите уравнение реакции эвтектического превращения. Какова максимальная растворимость углерода в низкотемпературном α- железе?
Превращение (распадение) жидкой фазы L на две кристаллические фазы (α, β), выражаемое формулой: L (жидкость) αкр. + βкр. Это двойная эвтектика; при наличии в жидкости 3 компонентов может образоваться тройная эвтектика: L (жидк.) αкр. + βкр. + γкр.
Максимальная растворимость углерода в альфа-железе наблюдается при температуре 721 С и составляет 0,018 %. В случае закалки углерод может оставаться какое-то время в альфа-растворе, но очень скоро начинается выделение фаз по механизму старения.
66. Изобразите диаграмму состояния сплава, в котором компоненты образуют механическую смесь, проставьте и опишите фазовый состав
Диаграмма состояния такого типа характерна для сплавов, состоящих из компонентов с неограниченной растворимостью в жидком состоянии и не растворяющихся один в другом в твердом состоянии, т.е. образующих простую механическую смесь. Смесь кристаллов в сплаве называется эвтектикой или эвтектической смесью, если она закристаллизовалась из жидкости при температуре ниже температуры плавления отдельных компонентов, образующих этот сплав.
67. Изобразите диаграмму состояния сплава, в котором компоненты образуют механическую смесь с образованием эвтектики, проставьте и опишите фазовый состав
Диаграмма состояния такого типа характерна для сплавов, состоящих из компонентов с неограниченной растворимостью в жидком состоянии и не растворяющихся один в другом в твердом состоянии, т.е. образующих простую механическую смесь. Смесь кристаллов в сплаве называется эвтектикой или эвтектической смесью, если она закристаллизовалась из жидкости при температуре ниже температуры плавления отдельных компонентов, образующих этот сплав.
68. Изобразите диаграмму состояния сплава с неограниченной растворимостью компонентов, проставьте и опишите фазовый состав
В интервале температур /, — ts сосуществуют две фазы (жидкая и твердая). При температуре ts сплав полностью затвердевает и состоит только из кристаллов твердого раствора (одна фаза). В случае образования твердых растворов температуры ликвидуса и солидуса зависят от состава сплава. Чем больше тугоплавкого компонента в сплаве, т.е. имеющего более высокую температуру плавления, тем выше у этого сплава температуры ликвидуса и солидуса.
69. Изобразите диаграмму состояния сплава с ограниченной растворимостью компонентов, проставьте и опишите фазовый состав
Растворимые сплавы, компоненты которых A и B в жидком состоянии неограниченно растворимы друг в друге, а в твёрдом состоянии растворяются друг в друге ограниченно, образуя ограниченные твёрдые растворы: A(B)=α, B(A)=β. Для таких сплавов возможны два типа диаграмм состояний: диаграмма с эвтектикой и перитектикой. Диаграмма с эвтектикой выглядит следующим образом.
70. Изобразите диаграмму состояния сплава с ограниченной растворимостью компонентов, с образованием эвтектики, проставьте и опишите фазовый состав
Линия АСВ – линия ликвидус; линия АDCEВ – линия солидус; фаза α является твердым раствором компонента В в А; фаза β представляет собой твердый раствор компонента А в В. Кривые DM и EN отражают характер изменения растворимости в зависимости от температуры. Растворимость компонента В в компонентеА уменьшается с понижением температуры (линия DM). Растворимость компонента А в компонентеВ не зависит от температуры (линия EN).
71. Изобразите диаграмму состояния сплава с ограниченной взаимной растворимостью компонентов, с образованием эвтектики, проставьте и опишите фазовый состав.
Фазы: жидкость — Ж, твердые растворы оси. Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно — в твердом и не образуют химических соединений. При этом ограниченная взаимная растворимость в твердом состоянии может меняться с изменением температуры по линии DF, что приводит к вторичной кристаллизации (перекристаллизации). При медленном охлаждении сплавов и высокой степени диффузии вторичная фаза выделяется по границам зерен, образуя сетку. Ускоренное охлаждение не дает развиться диффузии, и вторичные фазы выделяются внутри зерен в виде дисперсных включении. Этот тип диаграмм очень важен в практическом отношении, так как он является широко распространенным в промышленных сплавах: Fe—С, А1—Si, А1—Си и др. Выше линии GCH (линия ликвидус — редкая штриховка) на диаграмме расположена область однородного жидкого раствора. Линия GECDH (линия солидус) соответствует температурам конца затвердевания (частая штриховка).
72. Изобразите диаграмму состояния сплава с устойчивым химическим соединением, проставьте и опишите фазовый состав
Химическое соединение характеризуется определенным соотношением компонентов, а это отражается на диаграмме вертикальной линией, проходящей на оси абсцисс через точку, отвечающую соотношению компонентов в химическом соединении. Если компоненты А а В образуют химическое соединение АпВm, то, следовательно, на n+ m его атомов приходится п атомов A и m атомов В. Определенному атомному соотношению соответствует и определенное соотношение по массе.
73. Изобразите диаграмму состояния сплава, в котором компоненты образуют неустойчивое химическое соединение, проставьте и опишите фазовый состав
Химические соединения с нормальной валентностью. К ним относятся: Mg2Si, Mg2Sn, Mg2Pd, 1У^3В12идр.
Электронные соединения характеризуются определенным отношением между числом валентных электронов и числом атомов. Если это отношение равно 3/2, то соединение имеет кубическую объемно центрированную решетку (p-фаза); если отношение равно 2'/] з, то соединение имеет кубическую сложную решетку и носит название у-фазы; если отношение равно 7Д, то решетка гексагональная плотноупакованная (s-фаза).
74. Структуры железоуглеродистых сплавов. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов.
Структуры железоуглеродистых сплавов
-
Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит) -
Мартенсит (сильно пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с объёмно-центрированной тетрагональной решёткой) -
Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита) -
Сорбит (дисперсный перлит) -
Троостит (высокодисперсный перлит) -
Бейнит (устар.: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа
Структура не оказывает влияние на пластичность, она остается чрезвычайно низкой. Но оказывает влияние на твердость. Механическая прочность в основном определяется количеством, формой и размерами включений графита. Мелкие, завихренной формы чешуйки графита меньше снижают прочность. Такая форма достигается путем модифицирования. В качестве модификаторов применяют алюминий, силикокальций, ферросилиций.
Серый чугун широко применяется в машиностроении, так как легко обрабатывается и обладает хорошими свойствами.
В зависимости от прочности серый чугун подразделяют на 10 марок (ГОСТ 1412).
Серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию.
Серые чугуны содержат углерода – 3,2…3,5 %; кремния – 1,9…2,5 %; марганца –0,5…0,8 %; фосфора – 0,1…0,3 %; серы – < 0,12 %.
75. Сплавы на основе меди. Латуни и бронзы: маркировка, термическая обработка, применение.
Сплавы меди — это соединение цветного металла с некоторыми элементами таблицы Менделеева.
Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.
При сплавлении меди с цинком образуется ряд твердых растворов.
Сплавы меди с другими элементами кроме цинка назаваются бронзами.
Бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.
При маркировке деформируемых бронз на первом месте ставятся буквы Бр, затем буквы, указывающие, какие элементы, кроме меди, входят в состав сплава. После букв идут цифры, показавающие содержание компонентов в сплаве. Например, марка БрОФ10-1 означает, что в бронзу входит 10 % олова, 1 % фосфора, остальное – медь.
76. Разновидности чугунов, их маркировка
Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита (карбид железа).
В остальных видах чугунов (серые, высокопрочные, ковкие, с вермикулярным графитом) углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита.
В серых чугунах – в пластинчатой или червеобразной форме; в высокопрочных – в шаровидной форме, в ковких – в хлопьевидной форме. Чугуны с вермикулярным графитом имеют две формы графита – шаровидную (до 40%) и вермикулярную (в виде мелких тонких прожилок).
Чугуны маркируют двумя буквами, обозначающих разновидность чугуна, и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления σв при растяжении в МПа·10-1. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85), чугун с вермикулярным графитом – ЧВГ (ГОСТ 28384 -89):
СЧ 10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ 70 - высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении 700 МПа;
КЧ 35 - ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 350 МПа;
ЧВГ 40 – чугун с вермикулярным графитом с пределом прочности при растяжении 400 МПа.
