Перечень тем практических занятий
Таблица 1 – Темы практических занятий
| № п.п. | Номер темы дисциплины | Наименование тем практических занятий |
| 1 | 1 | Определение структуры литого материала. Определение параметров кристаллического строения металлов |
| 2 | 2 | Построение кривых охлаждения Fe-C сплавов |
| 3 | 4 | Определение оптимальной температуры отпуска закаленной стали для получения заданного комплекса свойств |
| 4 | 5 | Оценка экономической эффективности применения материалов в металлоемких отраслях промышленности |
| 5 | 5 | Освоение принципов маркировки сталей и сплавов по Европейским нормам |
| 6 | 12 | Определение интервалов холодной и горячей обработки давлением металлов и сплавов |
Рекомендации по подготовке и проведению практических занятий
Практическое занятие 1
Определение структуры литого материала. Определение параметров кристаллического строения металлов
Цели работы:
- изучить процессы, происходящие при кристаллизации материала;
- изучить строение слитка металла и влияние внешних факторов на его структуру;
- научиться описывать структуру слитка и способы получения такой структуры.
Краткие теоретические сведения
Кристаллизацией называется процесс образования кристаллов при изменении агрегатного состояния металлов (сплавов) из жидкого в твердое — это первичная кристаллизация, в течение которой формируется кристаллическая решетка. В процессе остывания уже затвердевших сплавов возможна вторичная кристаллизация — это перекристаллизация из одной модификации в другую, распад твердых растворов, распад или образование химических соединений.
|
|
|
При изменении внешних условий (температуры t) свободная энергия системы (F) изменяется согласно рисунку 1.1.
|
| Рисунок 1.1 Изменение свободной энергии ( F) жидкого (Fж) и твердого ( Fтв) металла в зависимости от температуры |
При температуре термодинамического равновесия Ts свободная энергия жидкой и твердой фазы одинаковы, и одновременно в системе может существовать и та и другая фазы. Для прохождения процесса необходим термодинамический стимул (ΔF), который можно обеспечить, изменив температуру. Разница между равновесной и реальной температурой (Tk) превращения называется – степенью переохлаждения (ΔТ).
Основы кристаллизации разработаны русским ученым Д. К. Черновым (1839—1921), который впервые доказал, что сталь является кристаллическим телом, и основал теорию последовательной кристаллизации в две стадии: 1) образование мельчайших частиц кристаллов (зародышей или центров кристаллизации); 2) рост кристаллов вокруг этих центров. Схематично процесс кристаллизации показан на рисунке 1.2.
|
|
|
|
| Рисунок 1.2 Схема процесса кристаллизации из жидкого расплава |
На рисунке 1.2 изображены последовательные этапы зарождения первичных центров кристаллизации в условиях переохлаждения жидкого сплава и дальнейшего роста зародышей кристаллов за счет процессов диффузии атомов жидкой фазы, наслаивающихся на уже имеющуюся твердую фазу. Рост граней кристаллов идет послойно до момента их соприкосновения, в результате чего нарушается правильная форма кристаллов. По окончании процесса кристаллизации образуется структура сплава в виде зерен — кристаллов с неправильной геометрической формой, называемых кристаллитами.
Число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов зависят от степени переохлаждения. При небольшой степени охлаждения ΔТ1 число зародышей мало, а скорость роста велика. В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения ΔТ2 число центров кристаллизации возрастает, количество их увеличивается, а скорость их роста мала и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается.
Образование зародышей бывает гомогенным и гетерогенным.
|
|
|
Гомогенное образование зародышей может происходить только в высокочистом жидком металле при больших степенях переохлаждения.
Гетерогенное образование зародышей происходит в реальных условиях, так как в расплаве всегда присутствуют примеси - неметаллические включения, оксиды и т.д., которые чаще всего и являются центрами кристаллизации. Если частицы примеси имеют одинаковую кристаллическую решетку с решеткой затвердевающего металла и параметры сопрягающихся решеток примеси и кристаллизующегося вещества примерно одинаковы (отличие не превышает 9-15%) то они играют роль готовых центров кристаллизации. Структурное сходство между поверхностями зародыша и частицы посторонней примеси приводит к уменьшению размера критического зародыша, работы его образования, и затвердевание жидкости начинается при меньшем переохлаждении, чем при самопроизвольном зарождении.
Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем меньше получается зерно.
Изменяя число центров кристаллизации можно влиять на структуру материала и, соответственно, свойства.
Модифицирование – процесс регулирования числа центров кристаллизации. Вещество, специально введенное в расплав и способствующее образованию зародышей, называют модификатором.
|
|
|
Модифицирование направлено на решение ряда задач:
- измельчение макрозерна;
- измельчение микрозерна (дендритных ячеек);
- измельчение фазовых составляющих эвтектик, перитектик, в т.ч. хрупких и легкоплавких фаз (с изменением их состава путем введения присадок, образующих с этими фазами химические соединения);
- измельчение первичных кристаллов, выпадающих при кристаллизации, в до- или заэвтектических сплавах;
- измельчение формы и изменение размера и распределения неметаллических включений (интерметаллидов, карбидов, графита, оксидов, сульфидов, оксисульфидов, нитридов, фосфидов).
Одновременное решение всех этих задач зачастую оказывается невозможным. Так, измельчение макроструктуры часто сопровождается огрублением микрозерен. Вместе с тем, иногда удается одновременно добиваться достижения нескольких из перечисленных целей.
Модифицирование отличается от легирования:
- меньшим содержанием добавок (сотые или десятые доли процента);
- меньшей продолжительностью действия модификаторов (обычно 10...15 мин), однако некоторые модификаторы отличаются длительным действием.
- Выделяют следующие способы модифицирования:
- ввод в расплав добавок-модификаторов;
- применение различных физических воздействий (регулирование температуры расплава, предварительное охлаждение расплава при переливе, суспензионная разливка, литье в температурном интервале кристаллизации, вибрация, ультразвук, электромагнитное перемешивание);
- комбинированные способы, сочетающие вышеизложенные (ввод модификаторов + ультразвук и т.д.).
Модифицирование повышает механические свойства отливок и слитков (таблица 1.1). Было установлено, что в чугуне и силумине положительный эффект от действия модификаторов особенно сильно отражается на пластических характеристиках литого металла.
Таким образом модифицирование является одним из способов упрочнения сплавов.
Изменяя скорость охлаждения можно влиять на степень переохлаждения, и таким образом на получаемую структуру, которая в свою очередь влияет на получаемые свойства.
Таблица 1.1 - Результаты воздействия модификаторов на механические свойства
| Металл (сплав) | Результат воздействия на свойства |
| Чугун с шаровидным графитом сравнительно с серым чугуном с пластинчатым графитом | Увеличение предела прочности в 2-4 раза, а удлинения в десятки раз |
| Сталь | Повышение прочности на 25-30%, износостойкости на 15-50%, жаропрочности до 45%, пластичности, ударной вязкости |
| Силумин | Увеличение предела прочности в 1,14-1,55 раза и относительного удлинения в 2,2‑6,5 раз |
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 252; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!