Макро и микроструктуры металлов реферат

Обновлено: 30.06.2024

Свойства металлов и сплавов в основном определяются их внутренним строением – структурой. Различия в свойствах металлов обуславливаются природой атомов. Так, атомы железа не сходны с атомами алюминия или меди и др. элементов, поэтому каждый металл имеет свои индивидуальные свойства. Но не только природой атомов определяются свойства металлов. Они зависят еще и от того, как атомы связаны между собой, каково расстояние между ними, каков порядок их расположения. Если изменить расстояние между атомами или их размещение, то изменятся и свойства металла.

В твердых телах атомы могут располагаться либо беспорядочно (аморфные тела), либо в определенном порядке (кристаллические тела). Атомы кристаллических тел размещаются в строгом, геометрически правильном порядке. Все металлы и их сплавы являются кристаллическими телами.

Любой металл состоит из огромного количества кристаллов, плотно примыкающих друг к другу. На свойства металлов влияют не только порядок расположения атомов внутри кристалла, но и форма отдельных кристаллов, их размеры и границы соприкосновения. Эти факторы оказывают большое влияние на механические свойства металлов.

Если порядок расположения атомов – природное свойство металла, то форма кристаллов и их размеры определяются процессом перехода металла из жидкого состояния в твердое. В результате затвердения образуется структура, состоящая из различных по величине зерен. Структура металлов и сплавов может быть очень сложной и состоять из смеси чистых металлов, твердого раствора различных элементов в металле и химических соединений компонентов, входящих в сплав.

Величина и форма кристаллов, образовавшихся при затвердевании, не остаются постоянными. При нагревании или деформировании металлов и сплавов (ковка, прокатка, штамповка и др.) структура их меняется. Этим пользуются для получения металлов и сплавов с необходимыми свойствами.

Кристаллическое строение можно наблюдать при рассмотрении поверхности излома какого-либо металлического изделия. Например, у литой стали в изломе видна крупнозернистая структура, а после термической обработки она становится мелкозернистой. Более полное представление о кристаллической структуре металла получается при рассмотрении шлифованной и полированной его поверхности после обработки (протравливания) специальными химическими реактивами.

Различают макро- и микроструктуру металла. Макроструктурой называют строение металла, различимое на полированной и протравленной поверхности макрошлифа при увеличении его под микроскопом (лупой) до 10 раз. При этом выявляются структурные пороки – наличие посторонних включений, газовых пузырьков, рыхлости и др. Микроструктура - строение металла, видимое на полированной и протравленной поверхности микрошлифа при увеличении в 100…300 и более раз. Микроструктура дает представление о границах между зернами, позволяет судить об их очертаниях и размерах и определять количество, форму и расположение структурных составляющих.

Материалы, имеющие один и тот же химический состав, могут иметь различную структуру. Например, серый и белый чугун могут иметь одинаковое количество углерода, но в первом он находится в виде графита, а во втором в виде химического соединения железа с углеродом – цементита. В результате этого имеется большое отличие в свойствах, так белый чугун хрупкий, склонен к трещинообразованию, поэтому в конструкциях можно использовать только серый чугун.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Макроструктура, микроструктура, металловедение, твердость

Макроструктура металла (от макро. и лат. stuctura - строение), строение металла, видимое невооружённым глазом или с помощью лупы, то есть при увеличениях до 25 раз. М. изучают на плоских образцах - темплетах, вырезанных из изделия или заготовки, а также на изломах изделия. Для выявления М. поверхность темплета тщательно шлифуют, затем травят растворами кислот или щелочей. При исследовании М. можно обнаружить нарушения сплошности металла (раковины, рыхлость, газовые пузыри, расслоения, трещины и т.д.), выявить распределение примесей и неметаллических включений, форму и расположение кристаллитов (зёрен) в разных частях изделия, а иногда даже особенности строения отдельных зёрен металла (см. Металлография). Изучение М. позволяет сделать заключение о качестве заготовки и правильности ведения технологического процесса при литье, обработке давлением или сварке изделия. В некоторых случаях качество металла характеризуется видом излома, позволяющим установить, как проходит поверхность разрушения (по телу или по границам зёрен), выяснить причины разрушения и т.д.

Микроструктура металла (от микро. и лат. structura - строение), строение металла, выявляемое с помощью микроскопа (оптического или электронного). Металлы и сплавы состоят из большого числа кристаллов неправильной формы (зёрен), чаще всего неразличимых невооружённым глазом. Зёрна имеют округлую или вытянутую форму, могут быть крупными либо мелкими и располагаться друг относительно друга в определённом порядке или случайно. Форма, размеры и взаимное расположение, а также ориентировка зёрен зависят от условий их образования. Часть микроструктуры металла, имеющая однообразное строение, называемое структурной составляющей (например, избыточные кристаллы, эвтектика, эвтектоид, в частности для железоуглеродистых сплавов аустенит, феррит, цементит, перлит, ледебурит, мартенсит). Количественное соотношение структурных составляющих сплава определяется его химическим составом и условиями нагрева и охлаждения.

Металловедение - научная основа изысканий состава, способов изготовления и обработки металлических материалов с разнообразными механическими, физическими и химическими свойствами. Уже народам древнего мира было известно получение металлических сплавов (бронзы и др.), а также повышение твёрдости и прочности стали посредством закалки. Как самостоятельная наука металловедение возникло и оформилось в 19 веке, вначале под названием металлографии. Термин металловедение введён в 20-х гг.20 в. в Германии, причём было предложено сохранить термин "металлография" только для учения о макро - и микроструктуре металлов и сплавов. Во многих странах металловедение по-прежнему обозначают термином "металлография", а также называют "физической металлургией".

Твердость - сопротивление металлов вдавливанию. Твердость металлов не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности, так и от метода измерения. Т. м. характеризуется числом твёрдости. Наиболее часто для измерения Т. м. пользуются методом вдавливания. При этом величина твёрдости равна нагрузке, отнесённой к поверхности отпечатка, или обратно пропорциональна глубине отпечатка при некоторой фиксированной нагрузке. Отпечаток обычно производят шариком из закалённой стали (методы Бринелля, Роквелла), алмазным конусом (метод Роквелла) или алмазной пирамидой (метод Виккерса, измерение микротвёрдости). Реже пользуются динамическими методами измерения, в которых мерой твёрдости является высота отскакивания стального шарика от поверхности изучаемого металла (например, метод Шора) или время затухания колебания маятника, опорой которого является исследуемый металл (метод Кузнецова - Герберта - Ребиндера). Числа твёрдости указываются в единицах НВ (метод Бринелля), HV (метод Виккерса), HR (метод Роквелла), где Н от английского hardness - твёрдость. Поскольку при определении твёрдости методом Роквелла пользуются как стальным шариком, так и алмазным конусом, часто вводятся дополнительные обозначения - В (шарик), С и А (конус, разные нагрузки). По специальным таблицам или диаграммам можно осуществлять пересчёт чисел твёрдости (например, число твёрдости по Роквеллу можно пересчитать на число твёрдости по Бринеллю). Выбор метода определения твёрдости зависит от исследуемого материала, размеров и формы образца или изделия и др. факторов.

Твёрдость весьма чувствительна к изменению структуры металла. Измерениями микротвёрдости пользуются при изучении механических свойств отдельных зёрен, а также структурных составляющих сложных сплавов.

Для относительной оценки жаропрочности металлических материалов иногда пользуются так называемой длительной твёрдостью (или микротвёрдостью), измерение которой производят при повышенной температуре длительное время (минуты, часы) начертить диаграмму железо – цементит.

Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис.1) на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе₃С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства. На диаграмме состояния Fe - Fе₃С приняты международные обозначения. Сплошными линиями показана диаграмма состояния железо - цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита), а пунктирными - диаграмма состояния железо - графит (стабильная).

Рассматриваемую диаграмму правильнее считать не железоуглеродистой (Fe - С), а железоцементитной (Fe - Fе₃С), так как свободного углерода в сплавах не содержится. Но так как содержание углерода пропорционально содержанию цементита, то практически удобнее все изменения структуры сплавов связывать с различным содержанием углерода.

Компоненты системы железо и углерод - элементы полиморфные. Основной компонент системы - железо.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может образовать химическое соединение - цементит Fе₃С или присутствовать в сплавах в виде графита.

В системе железо-цементит (Fe - Fе₃С) имеются следующие фазы: жидкий раствор. твердые растворы - феррит и аустенит, а также химическое соединение - цементит.

Феррит может иметь две модификации - высоко - и низкотемпературную. Высокотемпературная модификация -Fe и низкотемпературная - -Fe представляют собой твердые растворы углерода, соответственно, в - и - железе.

Диаграмма состояния Fe-C.

Предельное содержание углерода в -Fe при 723°С - 0,02%, а при 20°С - 0,006%. Низкотемпературный феррит -Fe по свойствам близок к чистому железу и имеет довольно низкие механические свойства, например, при 0,06% С:

твердость - 80. 90 НВ.

Аустенит -Fe - твердый раствор углерода в -железе. Предельная растворимость углерода в -железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160. 200 НВ.

Цементит Fе₃С - химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% углерода. Между атомами железа и углерода в цементите действуют металлическая и ковалентная связи. Температура плавления ~1250°С. Цементит является метастабильной фазой; область его гомогенности очень узкая и на диаграмме состояния он изображается вертикалью. Время его устойчивости уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Прочность его i растяжение очень мала ( =40 МПа).

В системе железо - цементит имеются две тонкие механические смеси фаз - эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).

Ледебурит является смесью двух фаз -Fe + Fе₃С, образующихся при 1130°С в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов. Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.

Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе₃С (в легированных сталях - карбидов), образующуюся при 723°С и содержании углерода 0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита несколько выше, чем зернистого):

Понятие "микрошлиф". Классификация и краткая характеристика алюминиевых литейных сплавов с кремнием, медью и магнием. Схемы микроструктур цветных сплавов и вероятных микроструктур в процессе охлаждения из жидкого состояния одного из цветных сплавов.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	06.06.2014
Размер файла	196,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Оглавление

1. Микроструктурный анализ металлов и сплавов (Микрошлиф).

2. Классификация и краткая характеристика Алюминиевых литейных сплавов

3. Схемы микроструктур цветных сплавов

4. Схемы вероятных микроструктур в процессе охлаждения из жидкого состояния одного из цветных сплавов

Вывод о проделанной работе

Список использованной литературы

Цель работы: изучить классификацию, микроструктуру, свойства и назначение типовых цветных сплавов в условиях равновесия.

1. Микроструктурный анализ металлов и сплавов (Микрошлиф)

микроструктурный анализ сплав схема

Если необходимо знать, как поведет себя тот или иной металл или сплав в различных условиях его использования, для проведения макро и микроструктурного анализа металлов и сплавов необходим анализ который проводиться при помощи микроскопа.

Макроструктурный анализ. Этот вид аналитического исследования заключается в тщательном осмотре образца металла - макрошлифа - обычным образом и при помощи лупы. Как правило, берется участок металлической конструкции, который должен выдерживать наибольшие нагрузки или же наиболее изношенный, слабый участок. Иногда создаются искусственные аварийные ситуации (схожие по величине действующих сил и последствиям с настоящими, могущими возникнуть в реальности). В таких случаях изучается место излома. В другом случае образец для макроскопического изучения предварительно подготавливается: подвергается шлифовке и травлению поверхности слабыми кислотами.

Макроструктурные исследования нередко проводят для изучения и выявления дефектов металла и сплавов в промышленности. Он позволяет определить наличие пустот, трещин и разломов, неоднородность металла или сплава, изъяны, возникшие в процессе различных стадий обработки и т.д. Но если металл нужен для выполнения ответственных, особо важных изделий или конструкций, одним макроструктурным анализом не ограничиваются.

Микроструктурный анализ металлов и сплавов позволяет дать более подробную и более точную характеристику свойств и качества материала. Он позволяет выявить те дефекты и особенности, которые незаметны невооруженным глазом, но все же, могут сильно повлиять на эксплуатационные характеристики металла или сплава.

Этот вид аналитического исследования проводиться только на специально обработанных пробах, которые подвергаются очень тщательному шлифованию. Обработка этих проб для такого исследования должна привести к результату, отвечающему следующим правилам: идеально ровная и гладкая поверхность образца металла или сплава (микрошлифа), отсутствие царапин, перепадов, уклона на его поверхности. Также образец должен быть с минимальным деформированным слоем. Все это позволяет микроструктурному методу обеспечивать высокую точность результатов исследования. При помощи данного вида анализа металла или сплава можно выяснить параметры и конфигурацию кристаллических зерен вещества, определить, изменилась ли его структура вследствие обработки высокими или низкими температурами или механическими методами. Также можно выявить малейшие трещины, которые незаметны даже под лупой, и другие дефекты материала. Для начала шлиф для проведения исследования обрабатывают механическими методами - создают ровную плоскую поверхность при помощи круга, на краях образца снимается фаска, после этого образец шлифуют несколькими бумагами, каждый раз поворачивая под прямым углом при смене бумаги. После этого образец моют и полируют. Потом поверхность шлифа подвергают травлению, чтобы проявить микроструктуру, которая и будет предметом микроструктурного анализа металлов и сплавов.

2. Классификация и краткая характеристика Алюминиевых литейных сплавов

Литейные алюминиевые сплавы предназначены для производства фасонных отливок. В качестве литейных материалов используются как первичные сплавы, изготовленные легированием чистого алюминия, так и стандартные вторичные сплавы, полученные из скрапа и отходов алюминиевых сплавов. В особых случаях отливают детали также из чистого алюминия, в основном для химической и пищевой промышленности, а также для электротехники. Литейные сплавы в России в общем объеме производства алюминиевых сплавов составляют 20%.

В России алюминиевые литейные сплавы в чушках производят на алюминиевых заводах из первичных металлов. На предприятиях вторичной цветной металлургии - из вторичных лома и отходов, а также на небольших частных предприятиях.

Доля алюминиевых литейных сплавов в чушках, производимых в России из вторичных лома и отходов, составляет около 50%.

К литейным относятся сплавы алюминия с кремнием, медью, магнием. Литейные сплавы маркируются буквами АЛ и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава (ГОСТ 2685-75), например, АЛ2, АЛЗ. Наибольшее распространение получили силумины (сплавы алюминия с кремнием), содержащие от 5 до 13% Si . Фазовый состав, структуру и свойства силуминов можно изменить модифицированием и термической обработкой. В качестве модифицирующих добавок используются марганец, никель, хром, титан, ванадий и некоторые другие элементы. Силумины обычно модифицируют натрием, который в жидкий сплав вводят в виде смеси фтористых и хлористых солей натрия в соотношении 2/3NaF+l/3NaCI.

Достоинством сплавов на основе системы Al-Si является повышенная коррозионная стойкость во влажной и морской атмосферах (АК12, АК9ч и АК7ч). Недостатки этих сплавов - повышенная газовая пористость и пониженная жаропрочность. Технология литья этих сплавов более сложная и требует применения операций модифицирования и кристаллизации под давлением в автоклавах.

На основе алюминия, меди, магния, титана и некоторых других цветных металлов разработаны сплавы, перечень основных видов которых по государственным стандартам приведен в табл. 1.

Таблица 1. Перечень основных різновидностей цветных материалов по государственным стандартам

Внутренняя структура и состав металлов неоднородны, так как обычно они состоят из многочисленных зёрен в виде прилегающих друг к другу кристаллитов. Чаще всего эти неоднородности имеют микроскопические размеры, поэтому соответствующие разновидности внутренней структуры называются микроструктурами.

Содержание

6. Список литературы.

Работа содержит 1 файл

Микроструктура металлов.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Санкт Петербургский государственный университет

Сервиса и Экономики

Реферат по

Материаловедению

Студент 2 курса

Старая Русса

1.Содержание.

6. Список литературы.

С точки зрения геометрических параметров микроструктуры могу т различаться по величине, форме и ориентировке зёрен. Различия в составе характеризуются относительным количеством зёрен присутствующих фаз и локальной сегрегацией внутри отдельных зёрен.

Наиболее характерной особенностью микроструктуры яв ляется присутствие внутренних границ, разделяющих зёрна в металле. Независимо от того, будут ли это границы между разориентированными зернами одной фазы или между зернами различных фаз, они представляют собой резкие изменения внутренней структуры металла.

Микроструктура и соответственно свойства металла не постоянны, они могут видоизменяться под влиянием различных внешних факторов, таких как:

механические силы,
тепловое воздействие,
химическое взаимодействие.

Поэтому микроструктура зависит от режимов обработки и условий эксплуатации металла.

В металле, содержащем только одну фазу, микроструктуры могут отличаться друг от друга лишь величиной зерна, его формой и ориентировкой. Микроструктуры многофазных материалов различаются не только по размеру, форме и ориентировке зёрен, как это характерно для однофазных металлов, но также и по относительному количеству и взаимному расположению двух или более присутствующих фаз.

Микроструктура - это строение металла или сплава, видимое при больших увеличениях с помощью микроскопа. Анализ микроструктуры даёт возможность определить величину и расположение зёрен металла, размеры и количество мелких неметаллических включений и различных фаз в металле, проконтролировать состояние структуры поверхностного слоя изделия, выявить микродефекты (см. Дефекты отливок ), а также некоторые дефекты кристаллического строения (дислокации и их скопления).

Закономерности образования структуры металлов и сплавов исследует Металлограф ия , изучая макро- и микроструктуру металла, атомно-кристаллическое строение, влияние структуры на механические, электрические, магнитные и другие свойства.

Микроструктура металлического материала определяется формой, размерами, относительным количеством и взаимным расположением кристаллов отдельных фаз или их совокупностей, имеющих однообразный вид. Под тонкой структурой (субструктурой) понимают строение отдельных зёрен, определяемое расположением дислокаций и других дефектов кристаллической решётки.

Микроструктуру сплавов изучают под микроскопом при различных увеличениях на хорошо приготовленных шлифах. Для выявления микроструктуры сплав ов применяют следующие методы: химическое травление, электролитическое травление, магнитный метод, тепловое травление, травление в расплавленных солях, катодное травление, усиление рельефа микроструктуры после объёмных превращений. Для выявления микроструктуры испол ьзуют специально подобранные кислоты и щёлочи различной концентрации, растворы различных солей и их смеси, различные составы электролитов, нагревание до различной температуры на воздухе или в специальной среде газов и паров, нагревание до определённых температур при пропускании электрического тока. На поверхности шлифа происходит растворение одних фаз, окисление и окрашивание других. В результате на шлифе под микроскопом можно увидеть очертания зёрен и различных фаз, определить их взаимное расположение; по цвету, форме и размерам определить присутствующие в сплаве фазы, то есть выявить микроструктуру сплава.

К прямым методам исследования структурного состояния вещества относятсяоптическая металлография, электронная микроскопия, рентгеновский анализ и др.

Для изучения микроструктуры металл ов используют металлографические микроскопы. Оптическим микроскопом можно исследовать и фотографировать детали микроструктуры, размеры которых не превышают 0,4-0,6 мкм. Полученное изображение микроструктуры можно увеличивать, но новые детали структуры при этом не выявляются. Для того чтобы более глубоко и подробно изучить строение мелкодисперсных структур и границ зерен, блочное строение и дислокационную структуру, применяют метод электронной микроскопии. Применение метода рентгеноструктурного анализа позволяет определить степень совершенства кристаллов, их ориентировку, глубоко изучить структурные изменения. Для решения задач рентгеноструктурного анализа используют дифрактометры.

После вышеперечисленных подготовительных этапов по выявлению микроструктуры и получению её изображений, сегодня становится целесообразным проведение исследования микроструктуры методами автоматического анализа изображения (ААИ). Хотя единого стандарта на эти методы пока нет, тем не менее автоматические анализаторы изображения совершенствуются с каждым днём; нормативы на приборы, ПО и методы измерения уже разрабатываются, и справедливо ожидать появления соответствующих стандартов в скором времени.

Термическая обработка чугуна.

Термическая обработка, совокупность операций теплового воздействия на материалы с целью изменения структуры и свойств в нужном направлении 1 . От правильного выполнения термической обработки зависит качество и стойкость изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции. Для проведения термической обработки требуются не только глубокие знания теории и практики, но и умение самостоятельно выбрать и разработать наиболее эффективный технологический процесс термической обработки для различных деталей и инструментов, умение выбрать наиболее рациональный метод контроля, установить причины дефектов, методы их предупреждения и исправления, использовать все технические возможности и правильно организовать работу .

При термической обработке в результате нагрева до определённой температуры и охлаждения происходит изменение структуры и, как следствие этого, изменение механических и физических свойств.

Все превращения, происходящие в результате нагревания до определённой температуры и охлаждения в сталях и чугунах, можно проследить по диаграмме железо – углерод (Fe – C), которая является фундаментом науки о стали и чугуне. Углерод с железом образует химическое соединение - цементит или может находиться в сплаве в свободном состоянии в виде графита. Соответственно существуют две диаграммы сплавов железо – углерод: цементитная и графитная. Виды чугунов.

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода больше 2.14%. Они содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а иногда и легирующие элементы ( Cr, Ni, V, Al и др.); как правило хрупок. В зависимости от состояния углерода в чугуне различают: белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны.

белый чугун серый чугун высокопрочный ковкий чугун

Весь углерод в белых чугунах находится в связанном состоянии в виде цементита. В зависимости от содержания углерода белые чугуны делят на эвтектический, доэвтектический и заэвтектический.

Эвтектический чугун – это чугун с содержанием углерода 4.3% имеет структуру ледебурита.

Доэвтектический чугун - это чугун с содержанием углерода от 2.14 до 4.3% имеет структуру перлит + вторичный цементит + ледебурит.

Заэвтектический чугун - это белый чугун с содержанием углерода от 4.3 до 6.67 % имеет структуру цементит первичный + ледебурит.

эвтектический доэвтектический заэвтектический

чугун чугун чугун

Образование структур белых чугунов, в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита, характеризуется по диаграмме состояния сплавов системы железо – цементит (Fe-Fe₃C ) . Диаграмма состояния сплавов системы железо – графит характеризует образование структур чугунов, в которых весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита, то есть нет цементита и структура феррито – графитная 1 .

Но при производстве чугунов выяснилось, что кроме белых и феррито – графитных чугунов можно получить и чугуны, в структуре которых имеются и графит, и цементит, то есть часть углерода находится в свободном, а часть - в связанном состоянии;и такие чугуны получают в реальных условиях.

В производственных условиях получают чугуны со следующими структурами:

1. феррит + перлит + графит (серый феррито – перлитный чугун). При ускорении охлаждения при температуре 738 о выделение графитного эвтектойда прекращается и оставшийся углерод переходит в цементит, в результате чего образуется часть перлита, следовательно, в этом чугуне есть и цементит, и графит. У такого чугуна основа доэвтектойдной стали ( феррит + перлит ) испещрена чешуйками графита 1 .

2. перлит + графит (серый перлитный чугун) Если охлаждение ускоряется при температурах выше 738 о , то графитный эвтектойд не выделяется, а аустенит превращается в перлит. В этом чугуне, поскольку в перлит входит цементит,имеется цементит и графит. У такого чугуна основа эвтектойдной стали ( перлит ) и графитные включения в форме чешуек.

3. перлит + цементит вторичный (перлитно – цементитный чугун). У такого чугуна основа как у заэвтектойдной стали ( перлит + цементит вторичный ) и включения графита. При увеличении скорости охлаждения между температурами линии эвтектического и эвтектойдного превращения (1153 о -738 о ) до перлитного превращения из аустенита выделяется не графит, а цементит.

4. перлит + цементит + графит или перлит + ледебурит + графит (половинчатыечугуны). В структуре таких чугунов наряду с графи- том наблюдается ледебурит(охлаждение ускорилось при эвтектическом превращении). Ледебурит состоит из цементита и перлита. В этих чугунах также имеется и цементит, и графит

Файлы: 1 файл

Материаловедение..doc

Министерство образования и науки

ФГБОУ ВПО Уральский государственный экономический университет

Центр дистанционного образования

по дисциплине: Материаловедение.

по теме: ____________________

1.В чем состоит отличие макро- и микроструктуры материалов? Опишите методы изучения и примеры макроскопического и микроскопического строения металлов.

Макроструктура металла, строение металла, видимое невооружённым глазом или с помощью лупы ,то есть при увеличениях до 25раз.

Для изучения микроструктуры металлов используют металлографические микроскопы. Оптическим микроскопом можно исследовать и фотографировать детали микроструктуры, размеры которых не превышают 0,4-0,6 мкм. Полученное изображение микроструктуры можно увеличивать, но новые детали структуры при этом не выявляются. Для того чтобы более глубоко и подробно изучить строение мелкодисперсных структур и границ зерен, блочное строение и дислокационную структуру, применяют метод электронной микроскопии. Применение метода рентгеноструктурного анализа позволяет определить степень совершенства кристаллов, их ориентировку, глубоко изучить структурные изменения.

Макроструктуру изучают на плоских образцах , вырезанных из изделия или заготовки, а также на изломах изделия. Для выявления макроструктуры поверхность тщательно шлифуют, затем травят растворами кислот или щелочей. При исследовании макроструктуры можно обнаружить нарушения сплошности металла (раковины, рыхлость, газовые пузыри, расслоения, трещины и т.д.), выявить распределение примесей и неметаллических включений, форму и расположение кристаллитов (зёрен) в разных частях изделия, а иногда даже особенности строения отдельных зёрен металла Изучение макроструктуры позволяет сделать заключение о качестве заготовки и правильности ведения технологического процесса при литье, обработке давлением или сварке изделия. В некоторых случаях качество металла характеризуется видом излома, позволяющим установить, как проходит поверхность разрушения (по телу или по границам зёрен), выяснить причины разрушения и т.д.

2. Какие свойства относятся к теплофизическим? Сравните теплопроводность древесины, керамического кирпича, стали.

Свойства материалов, связаны с изменением температуры, относят к теплофизическим. Они важны для теплоизоляционных и жаростойких материалов, для материалов ограждающих конструкции и изделий, твердеющих при тепловой обработке.

Тепловое расширение - свойство материалов расширятся при нагревании и сжиматься при охлаждении, оно характеризуется линейным изменением размеров, и объема материалов важен температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), показывающий, на какую долю первоначальной длины расширяется материал при повышении температуры на 1 С. Так, для стали ТКЛР составляет (11. 11,9)*10-6, для бетона - (10. 14)*10-6, для древесины вдоль волокон - (3..5)*10-6. В конструкциях, объединяющих несколько материалов, необходимо учитывать ТКЛР каждого; например, в железобетоне хорошо сочетаются сталь и бетон, так как ТКЛР этих материалов почти одинаков. В результате значительного различия ТКЛР в композиционных материалах возникают напряжения, которые могут привести не только к появлению микротрещин и короблению, но и к разрушению материалов.

Теплоемкость - свойства материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты. Теплоемкость - мера энергии, необходимой для повышения температуры материала.

Теплоемкость, отнесенную к единице массы, называют удельной теплоемкостью С (Дж/ (кг*С)). Удельная теплоемкость равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 С. У органических материалов она обычно выше, чем у неорганических (кДж/(кг*С)): древесина - 2,38. 2,72; сталь - 0,46, вода - 4,187. Наибольшую теплоемкость имеет вода, поэтому и с повышение влажности материалов их теплоемкость возрастает.

Теплопроводность - свойство материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Это свойство имеет важное значение для строительных материалов, применяемых при устройстве ограждающих конструкций (стен, перекрытий, покрытий) и материалов, предназначенных для теплоизоляции. Теплопроводность зависит от его строения, химического состава, пористости и характера пор, от влажности и температуры, при которой происходит передача теплоты.

Теплопроводность характеризируется коэффициентом теплопроводности, показывающим, какое количество теплоты (Дж) способен пропустить материал через 1 м2 поверхности при толщине материала 1 м и разности температур на противоположных поверхностях 1 С в течении 1 ч . Коэффициент теплопроводности (Вт/м*С): древесины вдоль волокон - 0,35 и поперек волокон - 0,175, керамического кирпича -0,82, стали - 5,1. Следовательно, воздушные поры в материале резко снижаются его теплопроводность, а увлажнение - сильно увеличивает, так как коэффициент теплопроводности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

При замерзании воды в порах материала еще больше увеличивается теплопроводность, так как лед примерно в 4 раза теплопроводнее воды и в сто раз теплопроводнее воздуха. Чем меньше пор, т.е. чем плотнее материал, тем он теплопроводнее. При повышение температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у немногих (особенно у металлов) уменьшается.

3. Приведите классификацию дефектов кристаллического строения. Объясните причины появления точечных дефектов

Рис. 2.1.
Типы точечных дефектов: 1 - вакансия; 2 - межузельный атом; 3 - дефект по Френкелю; 4 - примесный атом замещения; 5 - примесный атом внедрения; 6 - атом замещения большей валентности

4. Марка стали У8А

Буквой У маркируются инструментальные качественные углеродистые стали (углеродистая инструментальная сталь).

Числом 8 указывающим содержание углерода в десятых долях процента(содержание углерода соответственно 0,8 %).

Буквау А в конце марки ставят для обозначения высокого качества стали (инструментальная высококачественная углеродистая сталь).

По содержанию углерода данная сталь относится к высокоуглеродистым C >0,6%

По содержанию легирующих элементов к высоколегированным легирующих элементов > 10%

Назначение имеет инструментальное для изгатовления режущего инструмента, штампов.

По качеству (по содержанию серы и фосфора) является высококачественной

По степени раскисления кипящая.

Сталь инструментальная углеродистая

для инструмента, работающего в условиях, не вызыва
щих разогрев
режущей к
омки: фрез, зенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.

Читайте также: