Готовая контрольная работа

Вопрос 21. Изменение термодинамического потенциала свободной энергии сплавов в зависимости от состава и температуры.



Кристаллизация сплавов подчиняется тем же закономерностям, что и кристаллизация чистых металлов. Необходимым условием является стремление системы в состояние с минимумом свободной энергии.

Основным отличием является большая роль диффузионных процессов, между жидкостью и кристаллизующейся фазой. Эти процессы необходимы для перераспределения разнородных атомов, равномерно распределенных в жидкой фазе. В сплавах в твердых состояниях, имеют место процессы перекристаллизации, обусловленные аллотропическими превращениями компонентов сплава, распадом твердых растворов, выделением из твердых растворов вторичных фаз, когда растворимость компонентов в твердом состоянии меняется с изменением температуры.

Эти превращения называют фазовыми превращениями в твердом состоянии.

При перекристаллизации в твердом состоянии образуются центры кристаллизации и происходит их рост.

Обычно центры кристаллизации возникают по границам зерен старой фазы, где решетка имеет наиболее дефектное строение, и где имеются примеси, которые могут стать центрами новых кристаллов. У старой и новой фазы, в течение некоторого времени, имеются общие плоскости. Такая связь решеток называется когерентной связью. В случае различия строения старой и новой фаз превращение протекает с образованием промежуточных фаз.

Нарушение когерентности и обособления кристаллов наступает, когда они приобретут определенные размеры.

Процессы кристаллизации сплавов изучаются по диаграммам состояния.

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния любого сплава изучаемой системы в зависимости от концентрации и температуры (рис. 1)



Рис. 1 Диаграмма состояния

Диаграммы состояния показывают устойчивые состояния, т.е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии, и поэтому ее также называют диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы.

Построение диаграмм состояния наиболее часто осуществляется при помощи термического анализа.

В результате получают серию кривых охлаждения, на которых при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба и температурные остановки.

Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называют критическими точками. Некоторые критические точки имеют названия, например, точки отвечающие началу кристаллизации называют точками ликвидус, а концу кристаллизации - точками солидус.

По кривым охлаждения строят диаграмму состава в координатах: по оси абсцисс - концентрация компонентов, по оси ординат - температура.

Шкала концентраций показывает содержание компонента В. Основными линиями являются линии ликвидус (1) и солидус (2), а также линии соответствующие фазовым превращениям в твердом состоянии (3, 4).

По диаграмме состояния можно определить температуры фазовых превращений, изменение фазового состава, приблизительно, свойства сплава, виды обработки, которые можно применять для сплава.



Вопрос 36. Диаграмма сплавов железо – цементит. Построить кривую охлаждения с 5,0% С (применить правило фаз). По правилу рычага определить долю цементита первичного и углерода, идущего на его образование в данном сплаве.

Вычерчиваем полностью диаграмму железо - цеметит и указываем структуры во всех областях. Проводим вертикаль, отвечающую составу заданного сплава (5,0 %С), отмечаем на ней критические точки (точки пересечения вертикали с жирными линиями диаграммы). Рядом с диаграммой. вычерчиваем кривую охлаждения заданного сплава, пользуясь правилом фаз для двухкомпонентной системы С=3-Ф, где Ф-число фаз, находящихся в равновесии. Описываем только те превращения, которые происходят в заданном сплаве (рисунок 2).



Рисунок 2-Диаграмма состояния системы железо -цементит и кривая охлаждения стали (5,0%C)

При охлаждении сплава, содержащего 5,0% углерода, до температуры t1 = 1220С идет про¬стое охлаждение жидкого раствора (БЕЗ ФАЗОВЫХ превращений). Начинал с точки t1 из жидкого рас¬твора выделяются кристаллы первичного цементита. Цементит представляет собой химическое соединение железа с углеродом. В интервале температур t1- t2 количество кристаллов цементита увеличива¬ется, а количество жидкой фазы уменьшается. В точке t2 = 1147С процесс кристаллизации (первич¬ной) заканчивается. В интервале температур t2-t3 происходят фазовые превращения, образуется смесь цементита и ледебурита аустенитного (эвтектическая смесь аустенита и цементита). В точке t3 =727°C начинается вторичная кристаллизация: ау¬стенит в ледебурите претерпевает эвтектоидное превращение в перлит и образуется смесь цементита и перлитного ледебурита. Перлитный ледебурит – эвтектическая смесь перлита и цементита.

Такой сплав называется заэвтектическим белым чугуном и его структура от 727° до ком¬натной температуры состоит из перлитного ледебурита и цементита.

Для температуры 12000С и содержания углерода 5,0% сплав содержит: жидкость при содержании углерода 4,5%, кристаллы первичного цементита при содержании углерода 6,67 %. Количественное соотношение фаз: Ц (первичный)/ Ж = (5,0-4,5)/ (6,67 – 5,0) = 0,3.

21 Изменение термодинамического потенциала и свободной энергии сплавов в зависимости от состава и температуры.



36 Диаграмма сплавов железо-цементит. Построить кривую охлаждения с 5,0%С (применить правило фаз). По правилу рычага определить долю це¬ментита первичного и углерода, идущего на его образование в данном сплаве.



55 Факторы, влияющие на мартенситное превращение.





81 Холодная и горячая пластическая деформация. Температура рекрис¬таллизации. Правило Бочвара.





135 Физическая природа склеивания. Клеи, их классификация. Клеи, применяемые в авиации. Их назначение, состав, технология склеивания.



20 Основные виды состояния сплавов и их характеристика.





35 Диаграмма сплавов железо-цементит. Построить кривую охлаждения с 4,3%С (применить правило фаз). По правилу рычага определить долю аустенита и долю цементита в ледебурите при температуре 1147°С.



57 Правило нагрева до- и заэвтектоидной стали под отжиг, нормализа¬цию и закалку. Брак при закалке. Расчет времени нагрева деталей для данных об¬работки.





82 Возврат, полигонизация и рекристаллизация металлов (механизм, свойства). Критическая степень деформации.





136 Назовите текстильные изделия и материалы, применяемые в авиа¬строении.

Литература



1. Лахтин Ю.М., Леонтьев В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990

2. Материаловедение. Учебник для ВТУЗов / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под. общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1986.

3. Б.А.Кузьмин и др. Технология металлов и конструкционных материалов, М., Машиностроение, 1989г