Контрольная работа на тему Ответы на вопросы «Материаловедение»

Содержание:

1. Как и почему скорость охлаждения при кристаллизации влияет на строение слитка? 3
2. Из листа свинца путем прокатки при комнатной температуре была получена тонкая фольга. Твердость и прочность этой фольги оказались такими же, как у исходного листа. Объясните, какие процессы происходили при пластической деформации свинца и какими изменениями структуры и свойств они сопровождались. 7
3. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется? 10
4. Используя диаграмму состояния железо -карбид железа и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 40 температуру закалки и температуру отпуска, необходимые для обеспечения твердости 400 НВ. Опишите превращения на всех этапах термической обработки и получаемую структуру. 15
5. Для каких целей применяется диффузионный отжиг? Как выбирается режим такого отжига? Приведите примеры. 19
Список использованной литературы 21

Фрагмент текста работы:

1. Как и почему скорость охлаждения при кристаллизации влияет на строение слитка?
При понижении температуры ниже определенных показателей в жидком агрегатном состоянии металла начинается кристаллизация. Сначала образуют-ся центры – первичные кристаллы, для продолжения процесса их роста и пол-ной трансформации вещества требуется уменьшить количество свободной энергии.
Самый малый размер устойчивого зародыша, то есть способного к дальней-шему росту, называется критическим размером.
Переход в кристаллическое состояние требует энергии на разделение жидкости и образование первичных кристаллов. Процесс продолжается если сохранение энергии больше чем потеря для образования поверхности раздела. Зависимость энергии от первичных кристаллов показана на рис.1.

Рисунок 1 — Зависимость энергии системы от размера зародыша твердой фазы
Механизм кристаллизации показан на рис. 2.

Рисунок 2 — Модель процесса кристаллизации
Кристаллические центры возникают независимо друг от друга на разных участках. В начальных стадиях они имеют правильную форму, после столкно-вения и срастания с другими зародышами форма видоизменяется. Направлен-ность роста кристаллических центров идет в сторону доступной питательной среды. После окончания процесса получается поликристаллическое тело.
Качественный процесс кристаллизации можно графически изобразить кинети-ческой кривой (рис. 3).

Рисунок 3 — Кинетическая кривая процесса кристаллизации
Начало процесса протекает более стремительно, до столкновения первич-ных кристаллов. После трансформации свыше 50% жидкости скорость кри-сталлизации уменьшается. Коротко процесс кристаллизации можно описать в два этапа – образование первичных кристаллов и дальнейший их рост.
Число центров (ч.ц.) и скорость их роста (с.р.) напрямую зависят от степени переохлаждения вещества (рис. 4).

Рисунок 4 — Зависимость числа центров кристаллизации (а) и скорости роста кристаллов (б) от степени переохлаждения
Размер кристаллов зависит от их количества и скорости их роста при температуре кристаллизации.
Если температура кристаллизация пребывает в равновесии ТS первичные кристаллы не образуются и процесс трансформации вещества не происходит.
Процесс перехода металлов из состояния жидкого в твердое тело (кри-сталлическое) носит название кристаллизация. Кристаллизация возможна при температуре ниже равновесной. Значение разности температур кристаллизации и равновесной называется степенью переохлаждения:
ЛТ=Тп-Тк.
Процесс кристаллизации чистого сплава во время охлаждения при раз-личной скорости показан с помощью термических кривых на рисунке.

Рисунок 5 — Кривые охлаждения металла при кристаллизации
Скорость степени переохлаждения при медленном охлаждении возможе-на при равновесной температуре. Термическая кривая имеется на графике го-ризонтальную площадку, характеризующую выделение скрытой теплоты при процессе кристаллизации.
При увеличении скорости процесса охлаждения степень переохлаждения и кривая самого процесса кристаллизации наблюдаются в области температур, расположенных ниже равновесной температуры кристаллизации. На графике эти кривые отмечены кривыми v2, v3.
При увеличении скорости образования в металле зародышей и снижении скорости их роста образуется меньший диаметр зерна (кристалла), который вырастает из зародыша, и структура металла будет иметь мелкозернистое строение.
Число зародышей уменьшается при малой скорости охлаждения и обра-зуется крупное зерно. При увеличении степени переохлаждения будет возрас-тать и скорость образования зародышей, тогда их число и размер зерна будут уменьшаться.
Геометрический размер зерна металла обуславливает механические свой-ства. Для металлов с мелким зерном характерны высокая вязкость и пластич-ность.