Контрольная работа по «Материаловедение»

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное  учреждение

Среднего  профессионального образования

«Райчихинский индустриальный техникум»

 

 

                                                         Контрольная работа

 

 

по  дисциплине «Материаловедение»

                                                      студента(-ки) группы   ЭС 311

                                   специальности  Электрические  станции,сети 

и системы

                                                    Фамилия, инициалы  Ельчина О.Н

                                                    Вариант  № 2

                                                    Номер зачетной книжки 37992

                                                   Дата выполнения  3.03.12

 

 

Адресные  данные:

Г.Райчихинск

Ул.Калинина 1

КВ.34

Проверил _________

Оценка ___________

Подпись __________

Дата______________

 

2)Кристаллическое строение металлов и сплавов.     

Все вещества в твердом состоянии  имеют или кристаллическое, или  аморфное строение.

Аморфное  вещество бесформенно, атомы его  расположены хаотично, без всякой системы. Аморфные тела изотропны, т. е. все их свойства одинаковы во всех направлениях. Примером аморфных тел  является стекло, канифоль.

Все металлы и сплавы имеют кристаллическое  строение. В этом можно легко убедиться  при рассмотрении изломов металлов невооруженным глазом или через  лупу. При микроскопическом исследовании кристаллическое строение металлов выявляется с большей отчетливостью. Кристаллические зерна имеют  неопределенную форму и внешне не похожи на типичные кристаллы —  многогранники; поэтому эти зерна  называют не кристаллами, а кристаллитами, зернами или гранулами. Однако внутреннее строение кристаллитов ничем не отличается от внутреннего строения кристаллов, и тела, составленные из кристаллитов, являются кристаллическими.

При определенной температуре появляются центры кристаллизации которые, растут за счет атомов, примыкающих из жидкой фазы. Свободно растущие кристаллы имеют правильную форму, однако эта форма нарушается при соприкосновении кристаллов и в результате, при правильном внутреннем строении зерен, их внешние очертания неправильны и зависят от ориентировки и количества центров кристаллизации

В случае плотной сплошной укладки  частиц внутри металла по схеме фиг. 38 кристаллы принимают округлые очертания.

В отдельных случаях частицы металла  в начале образования кристаллов не укладываются вплотную друг к другу, а образуют оси, симметрично растущие из центра и разветвляющиеся. Эти  образования называют дендритами. Если жидкого металла достаточно для  заполнения промежутков между осями, то образуется кристаллит; если же жидкого  металла недостаточно, то форма дендрита сохраняется.

Д. К. Чернов обнаружил в усадочной  раковине стального слитка дендрит  весом 3,5 кг.

В отдельных кристаллах свойства различны в разных направлениях. Если взять  большой кристалл, вырезать из него несколько одинаковых по размеру, но различно ориентированных образцов и произвести испытания этих образцов, то иногда можно получить весьма значительную разницу в свойствах между  отдельными образцами. Например, при  испытании образцов, вырезанных из кристалла меди, величина удлинения  изменялась в пределах от 10 до 55%. а  величина предела прочности —  от 14 до 35 кг/мма для различных  образцов.

Это свойство кристаллов называют анизотропностью. Анизотропность кристаллов объясняется  определенным расположением атомов в пространстве.

Типы  кристаллической решётки.

Твердые вещества, как правило, имеют кристаллическое  строение. Оно характеризуется правильным расположением частиц в строго определенных точках пространства. При мысленном  соединении этих точек пересекающимися  прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой.

Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки. В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы. Они совершают колебательные движения. С повышением температуры амплитуда колебаний возрастает, что проявляется в тепловом расширении тел.

В зависимости от вида частиц и характера  связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.

Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью. Примером может служит кристалл хлорида натрия, в котором, как уже отмечалось, каждый ион натрия окружен шестью хлорид-ионами, а каждый хлорид-ион - шестью ионами натрия. Такому расположению соответствует наиболее плотная упаковка, если ионы представить в виде шаров, размещенных в кристалле . Очень часто кристаллические решетки изображают, как показано на рис , где указывается только взаимное расположение частиц, но не их размеры.

Число ближайших соседних частиц, вплотную примыкающих к данной частице  в кристалле или в отдельной  молекуле, называется координационным числом.

В решетке хлорида натрия координационные  числа обоих ионов равны 6. Итак, в кристалле хлорида натрия нельзя выделить отдельные молекулы соли. Их нет. Весь кристалл следует рассматривать  как гигантскую макромолекулу, состоящую  из равного числа ионов Na⁺ и Cl^-, Na_nCl_n, где n - большое число . Связи между ионами в таком кристалле весьма прочны. Поэтому вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью. Они тугоплавки и малолетучи.

Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению  геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и  уменьшению прочности связи между  ними. Поэтому расплавы их проводят электрический ток. Ионные соединения, как правило, легко растворяются в жидкостях, состоящих из полярных молекул, например в воде.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся  отдельные атомы, называются атомными. Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями. Примером может служить алмаз - одна из модификаций углерода. Алмаз состоит из атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя соседними атомами. Координационное число углерода в алмазе 4 . В решетке алмаза, как и в решетке хлорида натрия, молекулы отсутствуют. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую молекулу. Атомная кристаллическая решетка характерна для твердого бора, кремния, германия и соединений некоторых элементов с углеродом и кремнием.

Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных), называются молекулярными.

Молекулы  в таких решетках соединены между  собой сравнительно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость  и низкие температуры плавления, нерастворимы или малорастворимы в  воде, их растворы почти не проводят электрический ток. Число неорганических веществ с молекулярной решеткой невелико.

Примерами их являются лед, твердый оксид углерода (IV) ("сухой лед"), твердые галогеноводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F₂, Сl₂, Br₂, I₂, Н₂, О₂, N₂), трех- (О₃), четырех- (Р₄), восьми- (S₈) атомными молекулами. Молекулярная кристаллическая решетка йода показана на рис . Большинство кристаллических органических соединений имеют молекулярную решетку.

12)Углеродистые стали.

 Свойства углеродистых сталей определяются содержанием углерода и применяемой обработкой. Горячекатаные, нормализованные и отожженные стали имеют феррито-перлитную структуру.

Увеличение  содержания углерода (перлита) приводит к росту прочности и падению  пластичности и вязкости стали, при  этом порог хладноломкости существенно  повышается. Структура закаленной стали  зависит от содержания углерода и  температуры нагрева под закалку.

Углеродистые  инструментальные стали являются наиболее дешевыми. Как правило, их применяют  для изготовления малоответственного режущего инструмента, работающего  при малых скоростях резания  и не подвергаемого разогреву  во время эксплуатации. Углеродистые стали относятся к сталям неглубокой прокаливаемости, не теплостойким. Малая  устойчивость переохлажденного аустенита  углеродистых сталей обуславливает  их низкую прокаливаемость. Низкая устойчивость аустенита определяет основные достоинства  и недостатки таких сталей.

Достоинствами углеродистых сталей является то, что  в малых сечениях после закалки  достигается высокая твердость  в поверхностном слое и мягкая, вязкая сердцевина инструмента. Такие  свойства благоприятны для такого инструмента, как ручные метчики, напильники, пилы, стамески, долота, зубила и т. д. В  отожженом состоянии углеродистые стали имеют низкую твердость, в  них легко при отжиге получается структура зернистого цемента, что  обуславливает их хорошую обрабатываемость при изготовлении инструмента.

Недостатками  углеродистых сталей является малая  прокаливаемость. Она не позволяет  применять эти стали для инструмента  сечением более 20-25 мм. Стали нетеплостойки, высокая твердость их сохраняется  лишь до температур 250-200 ° С. Углеродистые стали имеют высокую чувствительность к перегреву вследствие растворения  избыточных карбидов в аустените.

Влияние примесей

• Полезные примеси: марганец и кремний
• Вредные примеси: сера, фосфор, а также скрытые примеси – газы: кислород, азот водород.
• Случайные примеси: медь, хром, никель

 

Полезные примеси

Марганец и кремний. Их вводят в сталь в процессе выплавки для раскисления (удаления кислорода  из жидких металлов для повышения  качества стали). Марганец увеличивает прокаливамость стали и уменьшает вредное влияние серы. Кремний эффективно раскисляет сталь и способствует ее упрочнению.

Вредные примеси

Сера, фосфор. Сера снижает  пластичность и вязкость стали, а  также придает стали красноломкость при прокатке и ковке. Повышенное содержание серы допускается лишь в  автоматных сталях для изготовления изделий неответственного назначения, т.к. сера улучшает обрабатываемость стали. Основной источник серы в стали - это  исходное сырье, т.е. чугун. Фосфор также  снижает пластичность железа, т.к. резко  отличается от него по типу кристаллической  решетки, диаметру атомов и их строению. Основной источник фосфора в стали  – это руда, из которой выплавлен  исходный чугун. 
Кислород, водород, водород, азот. 
Даже небольшую присутствие этих примесей оказывает резко отрицательное воздействие на свойства стали. Кислород и азот способствуют снижению вязкости и пластичности стали. Повышенное содержание водорода делает сталь хрупкой, а также приводит к образованию внутренних трещин – флокенов. Для выведения скрытых примесей используется метод вакуумирования.

22)Отпуск сталей. Виды отпуска.

 

Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при  этой температуре с последующим  охлаждением (обычно на воздухе) . Отпуск является окончательной термической  обработкой. Целью отпуска является изменение строения и свойств  закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшение твердости, снижение внутренних напряжений. 
С повышением температуры нагрева прочность обычно уменьшается, а удлинение, сужение, а также ударная вязкость растут (рис. 1). Температуру отпуска выбирают, конкретной детали.

(рис.1)

Влияние температуры отпуска  на механические свойства стали с 0,4 % С 
В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный. 
При низкотемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 150—250 °С. После выдержки при этой температуре (обычно 1—3 ч) в детали получают структуру отпущенного (кубического) мартенсита При низком отпуске частично снимаются закалочные напряжения. Если в стали было значительное количество остаточного аустенита, то в результате его превращения в кубический мартенсит твердость после низкого отпуска может увеличиться на 2—3 единицы и HRC..

(Рис 2)

Структура закаленной стали  после различных видов отпуска, Х500: a — среднетемпературного (350-400 °С, бейнит); б — высокотемпературного (450 — 600 °С, сорбит); в — 650—700 °С  
Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей после цементации, поверхностной закалки и т.д. При среднетемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 350—400 °С. В результате получается структура троостита (бейнит). После такого отпуска в изделиях получается сочетание сравнительно высокой твердости (НRС 40— 45) и прочности с хорошей упругостью и достаточной вязкостью поэтому среднему отпуску подвергают пружины и рессоры. 
При высокотемпературном отпуске закаленные изделия нагревают до 450—650 °С. После такого нагрева и соответствующей выдержки в изделиях получается структура сорбита. В отличие от сорбита, образующегося после нормализации, когда цементит пластинчатый, после высокого отпуска цементит приобретает зернистую форму (рис. 8, б). Это существенно повышает ударную вязкость при одинаковой (или даже более высокой) твердости по сравнению с нормализованной сталью. Поэтому такой отпуск применяют для деталей машин, испытывающих при эксплуатации ударные нагрузки. Закалку с высоким отпуском часто называют улучшением. . При нагреве 650—700 °С получают структуру зернистого перлита (рис. 8, в).Поскольку в легированных сталях все диффузионные процессы протекают медленнее, время выдержки при отпуске таких сталей больше по сравнению с углеродистыми. Кроме того, карбидообразующие элементы замедляют коагуляцию карбидов, в результате чего они сохраняются мелкодисперсными до более высоких температур. Это одна из причин наблюдающегося явления так называемой вторичной твердости, т.е. увеличения твердости после отпуска в интервале 500— 600 °С (наблюдается в сталях, легированных хромом, молибденом, ванадием и некоторыми другими элементами).