Контрольная работа по "Материаловедению"

3.При изотермическом  отжиге изделия нагревают на 30-50^oC выше линии GSK, выдерживают при этой температуре, а затем быстро переносят их в среду с постоянной температурой несколько ниже линии PSK (точка Аc1 - 630-700^oC). При этой постоянной температуре производят выдержку стали до полного распада аустенита, после чего охлаждают на воздухе. После такого отжига стали приобретают такие же механические свойства, как и после полного отжига. Преимуществами изотермического отжига являются полное устранение остаточных напряжений в стали и сокращение времени отжига почти вдвое. Изотермическому отжигу подвергаются легированные стали.

4. После проведения  полного или неполного отжига  получается цементит в виде  пластинок. Для получения цементита  в виде зерен производят сфероидизирующий  отжиг, который состоит из нагрева  стали до температуры несколько выше линии PSK, длительной выдержки (5-6 ч) и последующего медленного охлаждения. Сталь с такой структурой обладает большей пластичностью, меньшей твердостью и прочностью по сравнению со сталью, прошедшей полный отжиг. Сфероидизирующий отжиг применяется у заэвтектоидных сталей для улучшения их обрабатываемости резанием.

5.Диффузионный отжиг  (гомогенизация) состоит из нагрева  стали до 1050–1150^oC, длительной выдержки (10-15 ч) при этой температуре и последующего охлаждения. В результате диффузионного отжига происходит выравнивание неоднородности стали по химическому составу и уменьшение ликвации. Гомогенизации подвергаются слитки легированных сталей, крупные стальные отливки. При диффузионном отжиге получают крупнозернистую структуру, которая устраняется последующей горячей обработкой давлением или применением полного отжига.

6.Рекристаллизационный (низкий) отжиг состоит из нагрева  стали до температуры на 50-100^oC ниже линии PSK (но выше температуры рекристаллизации), выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе. Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа и внутренних напряжений в стали после холодной обработки давлением или как промежуточный отжиг для повышения пластичности и предупреждения появления трещин в стали при холодной обработке давлением. В результате такого отжига образуется однородная мелкозернистая структура с небольшой твердостью и значительной вязкостью.

Нормализация состоит из нагрева стали на 30-50^oC выше линии GSE, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе. Нормализация применяется для исправления структуры перегретой стали и горячедеформированных заготовок, выравнивания структуры сварного шва. При нормализации сталь приобретает более мелкозернистую структуру, чем после отжига. Нормализация является более экономичным термическим процессом, чем отжиг.

Выбор варианта термической  обработки (отжиг или нормализация) зависит от состава стали и  предшествующего технологического процесса. Например, для выравнивания химического состава слитков или крупных отливок назначается диффузионный отжиг. Для снижения твердости стали после горячей обработки (облегчения обработки резанием) выбирают полный или неполный отжиг (в зависимости от состава стали). После холодной обработки давлением для снятия наклепа и внутренних напряжений сталь подвергают рекристаллизационному отжигу.

На результат отжига и нормализации оказывают влияние  температура и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

Температура нагрева  выбирается по диаграмме состояния Fe-Fe₃C в зависимости от содержания углерода в стали.

При выборе скорости нагрева необходимо учитывать габариты изделия (разницу температур наружных и внутренних частей изделия), форму изделия (чем сложнее, тем более медленный нагрев), химический состав стали. С увеличением содержания углерода в стали уменьшается ее теплопроводность. При легировании стали теплопроводность также падает. Чем меньше теплопроводность, тем медленнее должен быть нагрев. Продолжительность нагрева сталей при отжиге и нормализации составляет примерно от 30 до 90 мин на каждые 25 мм изделия.

Выдержка после нагрева  до заданной температуры должна обеспечить прогрев всего изделия и полное завершение всех процессов, совершающихся  при нагреве стали. Время выдержки зависит от толщины изделия, исходной структуры, химического состава стали. Чем массивнее изделие и крупнее зерно исходной структуры, тем длительнее должна быть выдержка. Обычно температура выдержки составляет 20-25% от температуры нагрева.

После нагрева и выдержки продолжительность охлаждения должна обеспечивать полный распад твердого раствора. Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды и размеров изделия. Охлаждение должно быть равномерным и медленным до 400-500^oC. При этом углеродистые стали охлаждают со скоростью 100-200^oC в час, а легированные 20-60^oC в час. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

Вопрос 3. Расшифровать марки чугунов: Сч-25, ВЧ-50, КЧ-40-6.

Сч-25 - условное обозначение марки включает буквы СЧ — серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении – 25 МПа×10^-1.

ВЧ-50 - Высокопрочный чугун, предел прочности на растяжение 50 кгс/мм².

КЧ-40-6 – Ковкий чугун, предел прочности на растяжение 40 кгс/мм², относительное удлинение после разрыва 6%.

Вопрос 4. Производство высококачественной стали. Способы внепечной обработки сталей: обработки стали синтетическими шлаками, вакуумирование стали.

Для борьбы с серой в ряде сталеплавильных цехов применяется обработка стали в ковше синтетическим шлаком. С этой целью в специальной электропечи выплавляют шлак, обладающий высокой сорбционной способностью по отношению к сере (хорошо поглощающий серу). 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 (вакуумирование) - 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 способами вакуумной обработки являются вакуумирование в ковше, вакуумирование струи металла при переливе из ковша в ковш или при заливке в изложницу и др. Установлено, что при вакуумировании струи содержание водорода в металле снижается на 60-70%, а содержание азота- до 40%. В результате взаимодействия с углеродом металл очищается от кислородных оксидных включений.

Одним из наиболее распространенных способов вакуумирования  является вакуумно-дуговой переплав в печах с расходуемым электродом. При этом выплавленную сталь переплавляют повторно в вакуумном пространстве с помощью электрической дуги. В результате оплавления металла в вакууме происходит дегазация и сталь приобретает новые, более высокие механические свойства.

Сущность вакуумирования в электроннолучевых печах заключается  в том, что на переплавляемый металл, находящийся в вакуумной камере, направляют электронные лучи из катодов. В процессе воздействия высокой температуры металл расплавляется и рафинируется в вакууме.

Вопрос 5. Производство заготовок методом центробежного литья.

Центробежное литье  – это способ формирования отливок  под действием центробежных сил при свободной заливке металла во вращающиеся формы. Центробежным способом получают отливки из  чугуна, стали, сплавов на основе меди, алюминия, цинка, магния, титана и др. Формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок. Центробежное литье осуществляют на центробежных машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения в металлических, песчаных, оболочковых формах и формах для литья по выплавляемым моделям.

Центробежным литьем можно получить тонкостенные отливки  из сплавов с низкой текучестью, что невозможно сделать при других способах литья. Металлические формы изложницы изготовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы в 1,5…2 раза больше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом.  На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные покрытия для увеличения срока их службы. Перед работой изложницы нагревают до 200 ºC.

Для изготовления фасонных отливок центробежный способ применяется сравнительно редко, за исключением литья тонкостенных деталей из титановых сплавов.

Недостатки центробежного  литья: наличие усадочной пористости, ликватов и неметаллических включений  на внутренних поверхностях, возможность появления дефектов в виде продольных и поперечных трещин, газовых пузырей.

Преимущества центробежного  литья: получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней, экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы, возможность получения  двухслойных заготовок, что получается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь – чугун, чугун – бронза).