Контрольная работа по "Технология"

Вариант № 1

 

1. Поясните этимологический  смысл понятия «технология»?

 

Технология (от др.-греч. — искусство, мастерство, умение; — мысль, причина; методика, способ производства) — в широком смысле — совокупность методов, процессов и материалов, используемых в какой-либо отрасли деятельности, а также научное описание способов технического производства; в узком — комплекс организационных мер, операций и приемов, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт и/или эксплуатацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами, и обусловленных текущим уровнем развития науки, техники и общества в целом.

Технология включает в  себе методы, приемы, режим работы, последовательность операций и процедур, она тесно связана с применяемыми средствами, оборудованием, инструментами, используемыми материалами.

Современные технологии основаны на достижениях научно-технического прогресса и ориентированы на производство продукта: материальная технология создаёт материальный продукт, информационная технология (ИТ) — информационный продукт. В быту технологией принято называть описание производственных процессов, инструкции по их выполнению, технологические требования и пр. Технологией или технологическим процессом часто называют также сами операции добычи, транспортировки и переработки, которые являются основой производственного процесса. Технический контроль на производстве тоже является частью технологии. Разработкой технологий занимаются технологи, инженеры, конструкторы, программисты и другие специалисты в соответствующих областях.

Со временем технологии претерпели значительные изменения, и если когда-то технология подразумевала под собой простой навык, то в настоящее время технология — это сложный комплекс знаний ноу-хау, полученных порою с помощью дорогостоящих исследований.

Наиболее новые и прогрессивные технологии современности относят к высоким технологиям. Переход к использованию высоких технологий и соответствующей им техники является важнейшим звеном научно-технической революции (НТР) на современном этапе. К высоким технологиям обычно относят самые наукоёмкие отрасли промышленности: микроэлектроника, вычислительная техника, робототехника, атомная энергетика, самолётостроение, космическая техника, микробиологическая промышленность.

 

 

 

2. Анизотропия?  Приведите примеры анизотропных тел и их   свойства.

 

Анизотропи́я (от др.-греч. — неравный и направление) — неодинаковость свойств среды (например, физических: упругости, электропроводности, теплопроводности, показателя преломления, скорости звука или света и др.) по различным направлениям внутри этой среды; в противоположность изотропии.

В отношении  одних свойств среда может  быть изотропна, а в отношении других — анизотропна; степень анизотропии также может различаться.

Частный случай анизотропии — ортотропия (от др.-греч. — прямой и  направление) — неодинаковость свойств среды по взаимно перпендикулярным направлениям.

Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел (точнее — лишь тех, кристаллическая решетка которых не обладает высшей — кубической симметрией). При этом свойство анизотропии в простейшем виде проявляется только у монокристаллов. У поликристаллов анизотропия тела в целом (макроскопически) может не проявляться вследствие беспорядочной ориентировки микрокристаллов, или даже не проявляется, за исключением случаев специальных условий кристаллизации, специальной обработки и т. п.

Причиной анизотропности кристаллов является то, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния (а также некоторые не связанные с ними прямо величины, например, поляризуемость или электропроводность) оказываются неодинаковыми по различным направлениям. Причиной анизотропии молекулярного кристалла может быть также асимметрия его молекул. Макроскопически эта неодинаковость проявляется, как правило, лишь если кристаллическая структура не слишком симметрична.

Помимо кристаллов, естественная анизотропия — характерная особенность многих материалов биологического происхождения, например, деревянных брусков.

Анизотропия свойственна жидким кристаллам, движущимся жидкостям (неньютоновским — особенно).

Анизотропией  особого рода в масштабах всего  кристалла или его областей обладают ферромагнетики и сегнетоэлектрики.

Во многих случаях  анизотропия может быть следствием внешнего воздействия (например, механической деформации, воздействия электрического или магнитного поля и т.д.). В ряде случаев анизотропия среды может в какой-то степени (а в некоторой слабой степени — часто) сохраняться после исчезновения вызвавшего ее внешнего воздействия.

 

 

 

3. Какое явление  называется полигонизацией? Раскройте  суть этого явления.

 

При нагреве  до сравнительно низких температур (обычно ниже (0,2—0,3) Гдл1) начинается процесс возврата, под которым понимают повышение структурного совершенства наклепанного металла в результате уменьшения плотности дефектов строения, однако без заметных изменений структуры, видимой в световом

микроскопе, по сравнению с деформированным  состоянием.

В процессе возврата различают две стадии. При более  низких температурах (ниже 0,2 Гпл) протекает собственно первая стадия возврата, когда происходят уменьшение точечных дефектов  (вакансий) и небольшая перегруппировка дислокаций без образования новых субграниц.

Вторая стадия возврата — полигонизация, под которой  понимают фрагментацию кристаллитов на субзерна (полигоны) с малоугловыми границами; происходит при нагреве до более высоких температур.

 

Рис. 1 Схема  процесса полигонизации

 

Для объяснения процесса полигонизации предложен  следующий дислокационный механизм. При деформации кристалла,  например, путем изгиба возникают дислокации, неупорядоченно  распределенные в плоскостях скольжения (рис. 1, а). При нагреве, достаточном для протекания самодиффузии, дислокации 

различных знаков аннигилируют, а избыточные дислокации одного знакавыстраиваются в дислокационные стенки, что приводит к  образованию в монокристалле или в зернах поликристалла субграниц, ограничивающих субзерна (полигоны), свободные от дислокаций (рис. 1, б). Процесс полигонизации этого классического типа протекает после небольших деформаций при нагреве до (0,25— 0,3) Тил.

Укрупнение  субзерен (полигонов) при увеличении времени или повышении температуры и очищение их объема от дислокаций приводят к снижению прочности.

 

4. Поясните, используя график Чернова – Таммана, природу образования зоны столбчатых кристаллов при кристаллизации стального слитка.

 

Строение стального  слитка впервые дано в 1878 г. Д.К. Черновым. Структура литого слитка состоит из трех основных зон (Рис.2). Первая зона – наружная мелкозернистая корка, которая состоит из дезориентированных мелких кристаллов – дендритов.

Вторая зона слитков – зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются, градиент температур уменьшается и уменьшается степень переохлаждения стали. Третья зона слитка – зона равноосных кристаллов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2 Основные зоны в структуре литого слитка

 

Рассмотрим зависимость числа центров кристаллизации (ч.ц.к.) и скорости роста кристаллов (с.р.к.) от степени переохлаждения металла ΔТ (Рис.3)

  Строение поликристаллического металла зависит от скорости охлаждения V_охл (или степени переохлаждения ΔТ). Эта зависимость была изучена отечественными учеными Тамманом и Черновым.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рис.3 Зависимость числа центров кристаллизации (ч.ц.к.) и скорости роста кристаллов (с.р.к.) от степени переохлаждения металла ΔТ.

 

При соприкосновении  с холодной стенкой изложницы образуется зона мелких равноосных кристаллов. Объем твердого металла меньше жидкого, поэтому между стенкой изложницы и застывшим металлом возникает воздушная прослойка; сама стенка нагревается от соприкосновения с металлом. В результате скорость охлаждения металла уменьшается, рост кристаллов приобретает направленный характер – они растут от стенки изложницы к центру по направлению отвода тепла и образуется зона столбчатых кристаллов. Это явление как бы прорастания длинными кристаллами толщи слитка носит название транскристаллизации. Образующаяся зона замедляет отдачу тепла наружу, скорость охлаждения уменьшается и образуется зона крупных неориентированных кристаллов. В жидком металле содержится какое-то количество растворенных газов, поэтому в объеме слитка при его охлаждении для металлов, которые обладают склонностью к переохлаждению, обнаруживаются только восходящие ветви кривых числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов.

 

5. Изобразите  диаграмму состояния сплавов  с неограниченной растворимостью  компонентов. Поясните ее внутреннее содержание. Можно ли при исследовании диаграмм этого типа пользоваться правилом отрезков? Почему?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4  Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и кривые охлаждения типичных сплавов

Проведем анализ полученной диаграммы.

1. Количество  компонентов: К = 2 (компоненты  А и В). 
2. Число фаз: f = 2 (жидкая фаза L, кристаллы твердого раствора α) 
3. Основные линии диаграммы:

acb – линия  ликвидус, выше этой линии сплавы  находятся в жидком состоянии;

adb – линия  солидус, ниже этой линии сплавы  находятся в твердом состоянии.

Характерные сплавы системы:

Чистые компоненты А и В кристаллизуются при  постоянной температуре, кривая охлаждения компонента В представлена на рисунке 1, позиция б. Остальные сплавы кристаллизуются аналогично сплаву I, кривая охлаждения которого также представлена на рисунке 1, позиция б.

Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора α. На кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз (жидкой и кристаллов твердого раствора α) число степеней свободы будет равно единице С = 2 — 2 + 1 = 1. При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора α.

Количественный  структурно-фазовый анализ сплава.

Пользуясь диаграммой состояния можно для любого сплава при любой температуре определить не только число фаз, но и их состав и количественное соотношение. Для этого используется правило отрезков. Для проведения количественного структурно-фазового анализа через заданную точку проводят горизонталь (коноду) до пересечения с ближайшими линиями диаграммы (ликвидус, солидус или оси компонентов).

Определение состава  фаз в точке m:

Для его определения  через точку m проводят горизонталь до пересечения с ближайшими линиями диаграммы: ликвидус и солидус.

Состав жидкой фазы определяется проекцией точки  пересечения горизонтали с линией ликвидус p на ось концентрации. Состав твердой фазы определяется проекцией точки пересечения горизонтали с линией солидус q (или осью компонента) на ось концентрации.

Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса, а состав твердой фазы – по линии солидуса.

С понижением температуры состав фаз изменяется в сторону уменьшения содержания компонента В.

Определение количественного  соотношения жидкой и твердой фазы при заданной температуре (в точке m):

Количественная  масса фаз обратно пропорциональна отрезкам проведенной коноды. Рассмотрим проведенную через точку m коноду и ее отрезки.

Количество  всего сплава (Q_сп) определяется отрезком pq.

Отрезок, прилегающий  к линии ликвидус pm, определяет количество твердой фазы.

Отрезок, прилегающий  к линии солидус (или к оси  компонента) mq, определяет количество жидкой фазы.

 

 

6. Диаграмма  изотермического образования аустенита. Как достигается гомогенизация аустенита? Опишите основные механизмы структурного превращения в стали при нагреве.

 

Кинетика образования  аустенита изображается диаграммой изотермических превращений, аналогичной диаграмме на рисунке Диаграмма изотермического превращения. Отличие состоит в том, что, как показывают опыты, перлито-аустенитное превращение начинается сразу же после перехода через температуру равновесия фаз, т. е. линия начала превращения практически сливается с горизонталью при температуре трехфазного равновесия (727 °С).

Это связано с легкостью зарождения аустенита на ферритокарбидной границе при α — γ-перестройке, рассмотренной выше. Здесь нет противоречий с общей теорией фазовых переходов, так как принципиально фазовое превращение может развиваться при любой малой степени перегрева выше температуры равновесия.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5 Схема диаграммы изотермического образования аустенита в доэвтекоидной стали (И. Н. Кидин, М. А. Штремель).  
 
1 — исчезновение ферритных промежутков в перлите;  
2 — исчезновение цементита;  
3 — окончание гомогенизации аустенита на месте исчезнувших колоний перлита;  
4 — исчезновение свободного феррита;  
4´ — прекращение перехода свободного феррита в аустенит ниже температуры А₃;  
5 — окончание гомогенизации аустенита.

Время окончания  разных этапов образования аустенита уменьшается с ростом температуры (смотрите кривые 1 — 5 на рисунке). Скорость всех процессов аустенитизации, имеющих диффузионную природу, пропорциональна коэффициенту диффузии углерода в аустените и градиенту концентраций (C_b — C_a)/X, где Х-сечение растущего зерна аустенита, C_b и C_a — концентрации углерода в точках b и a на рисунке Участок диаграммы.  
С повышением температуры экспоненциально растет коэффициент диффузии и увеличивается перепад концентраций C_b — C_a в соответствии с расхождением линий GS и SE на диаграмме состояния Fe — С. Кроме того, с ростом температуры уменьшается скачок концентраций на границе А/Ф (укорачиваются коноды, соединяющие линии GP и GS), что также ускоряет рост аустенита за счет феррита.