Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ДВОЙНЫЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЙ СПЛАВОВ




 

1 Агафонова, М.В. Формирование кредитного портфеля коммерческого банка / М.В. Агафонова // Современные наукоемкие технологии. – 2005. - № 6 – С. 52-55.

2 Банковский кодекс Республики Беларусь: Кодекс Респ. Беларусь, 25 окт. 2000 г., № 411-З: в ред. Закона Респ. Беларусь от 13.07.2012 г., № 416 -З // Консультант Плюс: Беларусь [Электронный ресурс] / ООО «ЮрСпектр», Нац. реестр правовых актов Респ. Беларусь. – Минск, 2012. – Дата доступа: 20.12.2012.

3 Гражданский кодекс Республики Беларусь: Кодекс Респ. Беларусь, 7 декабря 1998 г. № 218-З: в ред. Закона Респ. Беларусь от 20.07.2008 г., № 347-З // Консультант Плюс: Беларусь [Электронный ресурс] / ООО «ЮрСпектр», Нац. реестр правовых актов Респ. Беларусь. – Минск, 2008. – Дата доступа: 20.12.2012.

4 Грачева М. Электронная торговля ценными бумагами и перспективы банковской системы / М. Грачева // РЦБ. – 2006. ­– №4. – С. 15-17.

5 Кравченко Е. Фондовый рынок подает признаки жизни / Е. Кравченко // Финансовый директор. – 2008. – №5. – С. 21-24.

6 Лаврушин, О.И. Банковское дело: учеб. для вузов / О.И. Лаврушина. – М.: Финансы и статистика, 2007. – 389 с.

7 Лысюк, Р.С. Методики анализа и оценки кредитоспособности клиентов банка / Р.С. Лысюк // Бухгалтерский учет и анализ. – 2010. - № 11. – С. 31 – 40.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Институт металлургии и химии

Кафедра металлургических технологий

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ ПО КУРСАМ

«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» И «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ»

 

 

Учебно-методическое пособие

 

 

Направления: 651300 - металлургия;

650800 - теплоэнергетика

 

Специальности: 110100 - металлургия черных металлов;

110600 - обработка металлов давлением;

100700 - промышленная теплоэнергетика

 

 

Череповец 2003

Методические указания к практическим занятиям по курсам «Материаловедение» и «Термическая обработка металлов»: Учеб. – метод. пособие Череповец ЧГУ, 2003 - 48 с

 

 

Рассмотрено на заседании кафедры металлургических технологий, протокол № 7 от 2002 г.

Одобрено редакционно-издательской комиссией Института металлургии и химии ЧГУ, протокол № 5 от 31.05 02 г

 

 

Рецензенты: В.В. Ермилов - канд. техн. наук, доц. (ЧГУ);

З.К. Кабаков - д-р техн. наук, проф. (ЧГУ)

 

Составители: Г. С. Козлов - канд. техн. наук, доц.;

С. Н. Сумин – канд. техн. наук, доц.;

Н. А. Злокина – ст. преп.

 

Научный редактор: З.К. Кабаков - д-р техн. наук, проф.

 

 

© Череповецкий государственный университет, 2003

ВВЕДЕНИЕ

В данном учебно-методическом пособии рассматриваются двойные диаграммы состояний сплавов, диаграмма состояний сплавов железо - углерод, классификация и маркировка углеродистых и легированных сталей, термическая обработка металлов. Приводятся основные теоретические сведения по диаграммам состояний, о механизме превращений в сплавах, применение правила фаз и правила отрезков. Даны варианты задач по каждому разделу пособия.

ДВОЙНЫЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЙ СПЛАВОВ

 

Диаграммы состояний представляют собой графическое изображение состояния сплавов и показывают превращения, протекающие в них в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

Фазовые превращения в сплавах обычно сопровождаются тепловым эффектом, т.е. выделением или поглощением тепла. На кривых нагрева или охлаждения наблюдаются площадки или перегибы. Площадка свидетельствует о том, что превращение происходит при постоянной температуре, а перегиб - в интервале температур. Это критические точки, позволяющие установить температуры начала и окончания фазовых превращений.

На практических занятиях разбираются диаграммы состояний различных типов (рис. 1-11). Для разбора диаграмм состояний необходимо:

- начертить диаграмму, дать ее общую характеристику, указать фазы в каждой области диаграммы, а ниже линии солидус указать также структурные составляющие;

- объяснить характер превращений в системе для каждой линии диаграммы;

- объяснить характер превращений и построить кривые охлаждения для заданных сплавов I и II;

- определить концентрацию второго компонента в фазах, присутствующих в точке X, и рассчитать для этой точки количественное соотношение фаз.

В общую характеристику диаграммы входят: характер растворимости компонентов в жидком и твердом состояниях, существование и характеристика химических соединений, характеристика всех фаз.

Рассмотрим для примера диаграмму состояний Сu - Ag (рис. 1).

Система характеризуется образованием ограниченных твердых растворов. Химических соединений в системе нет.

 

А)

 

 

Б)

 

Рис. 1

 

 

Верхняя ломаная линия ABC - линия ликвидус. Линия ADEC - линия солидус. Выше линий ликвидус сплавы образуют одну жидкую фазу. Применяя правило фаз к системе Cu-Ag, у которой число компонентов к = 2, получим число степеней свободы с = 2 + 1 - ф = = 3 - ф. Выше линии ABC имеется одна жидкая фаза (ф = 1) и число степеней свободы с = 3 - 1 = 2. Такая система двухвариантна, т.е. можно менять и температуру, и концентрацию сплава, не изменяя его равновесия, сплав будет оставаться в жидком состоянии. Между линиями ликвидус и солидус расположены двухфазные области. Здесь ф = 2 при числе степеней свободы с = 3 - 2 = 1. Система одновариантна, что позволяет произвольно менять, сохраняя равновесие сплава, либо температуру, либо концентрацию. В двухфазных областях присутствуют фазы, которые ограничивают эту область слева и справа. Однофазные области, примыкающие к боковым вертикалям диаграммы, являются областями твердых растворов α и β. α - твердый раствор - область твердого раствора Ag в Сu. β- твердый раствор - область твердого раствора Сu в Ag. Таким образом, в системе Cu-Ag имеется три фазы и соответствующие им однофазные области на диаграмме:

1) жидкий сплав компонентов (ж) выше линии ликвидус;

2) твердый раствор Ag в Сu (α) в области ADF.

3) твердый раствор Сu в Ag (β) в области CEG. Остальные области двухфазные:

ADB - ж + α; ВСЕ - ж + β; FDEG - α + β.

В системе структурными составляющими являются твердые растворы α и β и их смесь - эвтектика (α + β).

Затем необходимо выписать все имеющиеся на диаграмме линии и пояснить, какие превращения происходят на линиях при охлаждении и нагреве.

Линия АВ - начало кристаллизации твердого раствора а из жидкости при охлаждении или окончание его расплавления при нагреве; AD - окончание кристаллизации твердого раствора α при охлаждении или начало его плавления при нагреве. На линиях ВС и ЕС происходят аналогичные превращения твердого раствора β.

Линия DBE - эвтектическое превращение, из жидкости одновременно кристаллизуются две твердые фазы: α- и β-твердые растворы (такая механическая смесь фаз называется эвтектикой) или одновременное превращение этой смеси в жидкость при нагреве. Точка В - эвтектическая точка. Эвтектическое превращение можно записать в виде реакции:

охлаждение

жВ ↔ αDE

нагрев

В эвтектической области число степеней свободы с = 3 - 3 = 0, т.е. система безвариантна и любое изменение температуры или концентрации нарушает равновесие. Линия DF показывает предельную растворимость Ag в Сu в твердом состоянии, линия EG характеризует предельную растворимость Сu в Ag в твердом состоянии.

Структура доэвтектических сплавов состоит из кристаллов α-твердого раствора и эвтектики, структура заэвтектических сплавов - из кристаллов β-твердого раствора и эвтектики. Структура эвтектического сплава - эвтектика. Рассмотрим превращения при охлаждении сплава I. В точке а на линии АВ (рис. 1) начинается кристаллизация α-твердого раствора. Между линиями АВ и AD продолжается кристаллизация, и в точке b она заканчивается. Между линиями AD и DF сплав состоит из одной фазы α-твердого раствора. В точке с на линии DF начинается выделение избыточного количества Ag, но не в виде чистого Ag, а в виде твердого раствора β, т.е. раствора Сu в Ag.

Сплав II является заэвтектическим. В точке d на линии ВС начинается кристаллизация β-твердого раствора. Между линиями ВС и BE продолжается процесс кристаллизации. В точке е сплав состоит из жидкости состава точки В и фазы β состава точки Е. При температуре, соответствующей линии BE, оставшаяся жидкость превращается в эвтектику α + β, а при охлаждении ниже линии BE окончательной структурой сплава будут ранее выделившиеся кристаллы β-твердого раствора и эвтектика α + β. Кривые охлаждения сплавов I и II изображены на рис. 1, б.

Для определения состава фаз через точку X следует провести горизонталь (коноду) до пересечения с линиями двухфазной области диаграммы и обозначить точки, например, m и n. Проекция точки m на ось концентраций дает состав фазы α (10 % Ag), a точки n - состав фазы β (95 % Ag). Для определения количества фазы в двухфазной смеси необходимо применить правило отрезков. Для сплава II в точке X относительное количество α-твердого раствора равно

Qα= ,

 

Qα= .

 

Аналогично определяется количество β-твердого раствора.

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЙ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД

 

 

Промышленные сплавы железа с углеродом содержат до 5 % С, поэтому рассматривается участок диаграммы состояний от железа до цементита. На диаграмме сплошные линии соответствуют системе сплавов Fe-Fe3C (цементит), пунктирные - системе сплавов Fe - С (графит). Диаграмма железо - цементит является метастабильной, а диаграмма железо - графит - стабильной.

Превращения в сталях при нагреве и охлаждении обычно происходят в соответствии с метастабильной диаграммой, а превращения в чугунах могут протекать как по метастабильной, так и по стабильной диаграмме.

На диаграмме три линии (ABC, AHJE и GS) являются общими. Остальные сплошные и пунктирные линии не совпадают потому, что при всех температурах предел растворимости графита в железе меньше, чем цементита. Эвтектическая и эвтектоидная температуры у системы Fe - С выше, чем у системы Fe – Fe3C.

При анализе диаграммы состояний Fe – Fe3C необходимо:

1. Вычертить диаграмму состояний Fe – Fe3C с применением общепринятых буквенных обозначений и с указанием на ней всех фаз и структурных составляющих;

2. Объяснить характер превращений в системе при нагреве и охлаждении для каждой линии диаграммы;

3. Указать концентрационную границу, разделяющую сталь и чугун, и объяснить, в чем состоит главное структурное различие стали и чугуна;

4. Построить с применением правила фаз кривые охлаждения (или нагрева) для некоторых сталей и чугунов, содержащих 0,6; 0,8; 1,2; 3,0; 4,3; 5,0 % С, и объяснить происходящие при этом превращения;

5. Для двух сплавов I и II с содержанием углерода, указанным в табл. 1, определить относительные количества фаз и структурных составляющих при комнатной температуре;

6. Определить состав железоуглеродистого сплава, т.е. концентрацию углерода в нем по процентной доле площади, занимаемой на шлифе одной из структурных составляющих.

Определить тип железоуглеродистого сплава. Объяснить характер превращений в нем при охлаждении. Изобразить микроструктуру сплава, обозначив на ней структурные составляющие (варианты 1-10).

Таблица 1

 

Варианты заданий

Вариант 1

При изучении микроструктуры образца железоуглеродистого сплава, кристаллизующегося в метастабильной системе, было установлено, что приблизительно 25 % площади шлифа занимает структурно-свободный феррит.

Определить, к какому типу железоуглеродистых сплавов относится образец. Рассчитать концентрацию углерода в сплаве. Дать описание превращений, совершающихся в нем при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру сплава, обозначить на ней структурные составляющие и дать их характеристику.

 

Вариант 2

При изучении микроструктуры образца железоуглеродистого сплава, кристаллизующегося в метастабильной системе, было установлено, что приблизительно 30 % площади шлифа занимает структурно-свободный цементит

Определить, к какому типу железоуглеродистых сплавов относится образец. Рассчитать концентрацию углерода в сплаве. Дать описание превращений, совершающихся в нем при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру сплава, обозначить на ней структурные составляющие и дать их характеристику.

 

Вариант 3

При изучении микроструктуры белого чугуна было установлено, что приблизительно 80 % площади шлифа занимает структурная составляющая - ледебурит, остальная часть шлифа занята цементитом.

Указать, к какому классу белых чугунов относится этот чугун по структуре, и рассчитать концентрацию углерода в нем. Дать описание превращений, совершающихся в данном чугуне при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру чугуна, обозначить на ней структурные составляющие и дать их характеристику.

 

Вариант 4

При изучении микроструктуры стали, кристаллизующейся в метастабильной системе, было установлено, что приблизительно 30 % площади шлифа занимает перлит.

Указать, к какому классу углеродистых сталей относится эта сталь по структуре, и рассчитать концентрацию углерода в ней. Дать описание превращений, совершающихся в данной стали при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру данной стали, обозначить на ней структурные составляющие и дать их характеристику.

 

Вариант 5

При изучении микроструктуры стали, кристаллизующейся в метастабильной системе, было установлено, что приблизительно 10 % площади шлифа занимает структурно-свободный цементит.

Указать, к какому классу углеродистых сталей относится эта сталь по структуре, и рассчитать концентрацию углерода в ней. Дать описание превращений, совершающихся в данной стали при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру стали, обозначить на ней структурные составляющие и дать их характеристику.

 

Вариант 6

При изучении микроструктуры образца железоуглеродистого сплава, кристаллизующегося в метастабильной системе, было установлено, что приблизительно 40 % площади шлифа занимает структурная составляющая - перлит.

Разъяснить, к каким двум типам железоуглеродистых сплавов может относиться исследуемый образец, и рассчитать концентрацию углерода в сплаве с меньшим содержанием этого элемента. Для второго сплава дать описание превращений при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Указать, какие структурные составляющие, наряду с перлитом, содержатся в структуре обоих возможных сплавов, и изобразить схематически микроструктуру одного из них. По какому структурному признаку эти сплавы можно легко отличить друг от друга?

 

Вариант 7

При изучении микроструктуры образца железоуглеродистого сплава было установлено, что приблизительно 20 % площади шлифа занимает структурная составляющая - ледебурит, остальную часть занимает слаботравящаяся однородная структурная составляющая очень высокой твердости.

Разъяснить, к какому виду железоуглеродистых сплавов относится образец, и рассчитать концентрацию углерода в нем. Дать описание превращений, совершающихся в этом сплаве при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру сплава, обозначить на ней структурные составляющие и дать их характеристику.

 

Вариант 8

При изучении микроструктуры железоуглеродистого сплава в отожженном состоянии было установлено, что преобладающую часть площади шлифа (более 99 %) занимает светлая фаза низкой твердости, имеющая зернистое строение. По границам зерен этой фазы располагаются в небольших количествах включения второй фазы высокой твердости.

Разъяснить, к какому типу железоуглеродистых сплавов относится образец, и указать приблизительную концентрацию углерода в нем. Дать описание превращений, совершающихся в сплаве при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру сплава, обозначить на ней структурные составляющие и дать их характеристику.

 

Вариант 9

При изучении микроструктуры образца железоуглеродистого сплава в отожженном состоянии было установлено, что преобладающую часть площади шлифа занимает перлит. По границам зерен перлита располагается светлая фаза высокой твердости, занимающая приблизительно 7 - 8 % площади шлифа.

Разъяснить, к какому виду железоуглеродистых сплавов относится образец, и рассчитать приближенно концентрацию углерода в нем. Дать описание превращений, совершающихся в этом сплаве при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру сплава, обозначить на ней структурные составляющие и дать им характеристику.

 

Вариант 10

При изучении микроструктуры образца железоуглеродистого сплава в отожженном состоянии было установлено, что приблизительно 30 % площади шлифа занимает перлит. Остальную часть структуры занимает светлая фаза невысокой твердости, имеющая зернистое строение.

Разъяснить, к какому виду железоуглеродистых сплавов относится образец, и рассчитать концентрацию углерода в нем. Дать описание превращений, совершающихся в сплаве при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Изобразить схематически микроструктуру сплава, обозначить на ней структурные составляющие и дать их характеристику.

 







Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 1302. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия