Контрольная работа по "Материаловедению "

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ФГБОУ ВПО «САХАЛИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Технологический институт

 

 

 

 

 

РОДИН Сергей Александрович

 

 

 

Контрольная работа

по

материаловедению

 

 

 

Специальность 080507.65 – менеджмент организации

Специализация 080507.65-11 – Производственный менеджмент

 

 

 

 

 

                                                                       Проверил: старший преподаватель

                                                               кафедры технических дисциплин

                                                                       Фролова О.С. ______________

 

 

 

                                                                               

 

                                                  

                                                                                 Вариант  77,7

 

 

 

 

 

Южно-Сахалинск  – 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 3

Вопрос № 4.Описать основные продукты доменной плавки. Указать их использование 3

Вопрос № 29.Описать метод магнитной дефектоскопии. Указать его достоинства, недостатки и область применения 7

Вопрос № 64 Пользуясь диаграммой железо-цементит, укажите температуры отжига и нормализации до-  и заэвтектоидной стали 9

Вопрос № 80. Углеродистые инструментальные  стали. Их марки, свойства, область, применения 13

Вопрос  №123. В чем сущность защиты металлов от коррозии оксидными пленками? Какова технология их получения? 16

Вопрос №129. Выберите и обоснуйте выбор марок сплавов для следующих деталей. 18

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 19

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

Вопрос № 4.Описать  основные продукты доменной плавки. Указать их использование

 

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печи в огненно-жидком виде, и доменный газ. Чугун является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ - побочными.

Цель  доменного производства состоит  в получении чугуна, представляющего собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависимости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нем может содержаться, кроме того, еще хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк. Содержание основных элементов в чугуне регламентируется соответствующим стандартом или техническими условиями.

Состав  чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов и технологический режим плавки.

 Все доменные чугуны по  своему назначению подразделяют  на три основных вида:

1. передельный, предназначенный для дальнейшего передела в сталь;
2. литейный, используемый после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки чугунных изделий;
3. доменные ферросплавы - в основном ферромарганец, используемый в сталеплавильном производстве в качестве добавки в жидкую сталь для ее раскисления и легирования.

Передельный чугун является преобладающим видом продукции доменного производства. На его долю приходится около 90% общего производства чугуна. Он используется в качестве шихтового материала при производстве стали в конвертерах, мартеновских и электродуговых печах. Передельный чугун в соответствии с существующими стандартами может содержать 0,3-1,2 % Si, 0,15-1,0 (иногда до 1,5 %) Мn и делится на три класса по содержанию фосфора (не более0,1; 0,2 и 0,3 %) и на пять категорий по содержанию серы (не более 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 и 0,05 %). С целью экономии дефицитного марганца в настоящее время, выплавляют маломарганцовистые чугуны с содержанием марганца 0,1-0,5 %.

В небольших  количествах выплавляют высококачественный передельный чугун, маркируемый  буквами ПВК, что означает передельный  высококачественный коксовый. Он отличается от обычного передельного пониженным содержанием фосфора (<=0,02-0,05 %) и серы (<=0,015-0,025 %). На заводах, использующих высокофосфористые железные руды, выплавляют чугуны с повышенным содержанием фосфора; стандартом предусмотрены три марки подобных чугунов, различающихся содержанием фосфора (0,3-0,7; 0,7-1,5 и 1,5-2,0 % Р). Эти чугуны перерабатывают в сталь по специально приспособленной для этого технологии (в кислородных конвертерах и мартеновских печах) с получением помимо стали фосфатных шлаков. [2]

Содержание  углерода в передельном чугуне стандартами не нормируется, поскольку оно определяется содержанием других элементов; его можно приближенно определить по формуле: С = 4,8 + 0,03 Мn - 0,27 Si - 0,32 Р - 0,032 S, где Мn, Si, Р и S - соответственно содержание в чугуне марганца, кремния, фосфора и серы. В малофосфористых ( 0,3 % Р) чугунах обычно содержится 4,0-4,8 % углерода.

Литейный  чугун отличается от передельного повышенным содержанием кремния и в некоторых марках - фосфора. Шесть марок литейного чугуна (Л1-Л6) содержат от 1,2-1,6 до 3,2-3,6 % Si и от 0,3 до 0,9-1,5,% Мn; каждую марку делят на четыре категории по содержанию серы (0,02-0,05 %) и на пять классов по содержанию фосфора (соответственно < 0,08; < 0,12; < 0,3; 0,3-0,7 и 0,7-1,2 % Р). Фосфор придает металлу хрупкость, поэтому отливки ответственного назначения делают из чугунов с низким содержанием фосфора. Высокофосфористые чугуны используют для получения художественного литья в связи с тем, что жидкий чугун с высоким содержанием фосфора обладает высокой жидкой текучестью и поэтому хорошо заполняет литейные формы самой сложной конфигурации.

Основными составляющими шлака являются оксиды кремния (Si0₂), кальция (СаО), алюминия (АI₂О_з). магния (MgO), а также небольшое количество НеО, МnO, CaS. В шлаках обычно содержится 6-20 % глинозема (A1₂0₃, 38-42 % кремнезема (Si0₂), 38-48 % известно (СаО), 2-12 % магнезии (MgO); 0,2-0,6 % FеО; 0,1-2 % МnO и 0,6-2,5 % серы, в основном, в виде CaS. Основную часть (90-95 %) доменного шлака перерабатывают, получая сырье для производства различных строительных материалов.

Доменный (колошниковый) газ. Газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть - колошник, называют колошниковым. Он состоит  из СО, СН., N₂, СО₂ и N₂. После очистки от содержащейся в нем пыли, газ используют как топливо для нагрева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, коксовых батарей, отопления котлов и других целей. Горючими компонентами в газе являются СО, N₂ и СH.. Зная энтальпию химических реакций, горения этих компонентов, можно подсчитан., что при полном сгорании каждого процента оксида углерода теплота сгорания 1 м^З газа повышается на126 кДж, а каждого процента водорода и метана соответственно на 108 и 263 кДж. При выплавке передельного чугуна на атмосферном дутье (без вдувания природного газа) в газе содержится 12-18 % СО₂; 24-30 % СО; 0,2-0,5 % СH.; 1,0-2,0 % N₂ и 55-59 % N₂ и теплота сгорания газа составляет 3500-4000 кДж/м^З. При применении комбинированного дутья снижается содержание азота и соответственно возрастает количество других составляющих газа, особенно водорода. Например, при обогащении дутья кислородом до24-30 % и соответствующей подаче природного газа содержание оксида углерода составляет 22-27 %, диоксида углерода15-22 %, водорода 8-11 % и азота 43-55 %. Теплота сгорания такого газа равна 4200-5000 кДж/мЗ. [10]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос № 29.Описать метод магнитной дефектоскопии. Указать его достоинства, недостатки и область применения

 

Магнитная дефектоскопия основана на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов. Индикатором может служить магнитный порошок (закись-окись железа) или его суспензия в масле с дисперсностью частиц 5—10 мкм. При намагничивании изделия порошок оседает в местах расположения дефектов (метод магнитного порошка). Поле рассеяния можно фиксировать на магнитной ленте, которую накладывают на исследуемый участок намагниченного изделия (магнитографический метод). Используют также малогабаритные датчики (феррозонды), которые при движении по изделию в месте дефекта указывают на изменения импульса тока, регистрирующиеся на экране осциллоскопа (феррозондовый метод).

Чувствительность метода магнитной дефектоскопии зависит от магнитных характеристик материалов, применяемых индикаторов, режимов намагничивания изделий. Методом магнитного порошка можно обнаруживать трещины и другие дефекты на глубине до 2 мм , магнитографическим методом контролируют главным образом сварные швы трубопроводов толщиной до 10—12 мм и обнаруживают тонкие трещины и непровар. Феррозондовый метод наиболее целесообразен для обнаружения дефектов на глубине до 10 мм и в отдельных случаях до 20 мм в изделиях правильной формы. Этот метод позволяет полностью автоматизировать контроль и разбраковку. Намагничивание изделий производится магнитными дефектоскопами, создающими магнитные поля достаточной напряжённости. После проведения контроля изделия тщательно размагничивают.

Методы  магнитной Д. применяют для исследования структуры материалов (магнитная  структурометрия) и измерения толщины (магнитная толщинометрия). Магнитная  структурометрия основана на определении  основных магнитных характеристик  материала (коэрцитивной силы, индукции, остаточной намагниченности, магнитной проницаемости). Эти характеристики, как правило, зависят от структурного состояния сплава, подвергаемого различной термической обработке. Магнитную структурометрию применяют для определения структурных составляющих сплава, находящихся в нём в небольшом количестве и по своим магнитным характеристикам значительно отличающихся от основы сплава, для измерения глубины цементации, поверхностной закалки и т.п. Магнитная толщинометрия основана на измерении силы притяжения постоянного магнита или электромагнита к поверхности изделия из ферромагнитного материала, на которую нанесён слой немагнитного покрытия, и позволяет определять толщину покрытия. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос  № 64 Пользуясь диаграммой железо-цементит, укажите температуры отжига и нормализации до-  и заэвтектоидной стали

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1: График цементит - железо

 

Различают три  группы сталей: эвтектоидные, содержащие около 0,8% углерода, структура которых  состоит только из перлита; доэфтектоидные, содержащие меньше 0,8% углерода, структура  которых состоит из перлита и  феррита; эвтектоидные стали, с содержанием  углерода больше 0,8 %, структура которых  состоит из перлита и цементита. [3; стр. 177]

Отжиг –  фазовая перекристаллизация, заключающаяся  в нагреве от выше Ас3 с последующим медленным охлаждением.  При нагреве выше Ас1, но ниже Ас3 полная перекристаллизация не произойдет. Такая термическая обработка называется не полным отжигом. При отжиге состояние стали приближается к структурно равновесному; структура стали после отжига: перлит + феррит, перлит, перлит + цементит.

• Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-50°С выше температуры, соответствующей точке А_с3, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. Температура полного отжига стали 40 составляет 820-850°С. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность при высокой пластичности. При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняется видманштеттова структура и строчечность, вызванная ликвацией, и другие неблагоприятные структуры стали. Структура после полного отжига: перлит и феррит.
• Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (немного выше точки А_с1). При этом происходит частичная перекристаллизация перлитной составляющей. Неполному отжигу подвергают доэвтектоидные стали с целью снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости резанием в том случае, если предварительная горячаяобработка не привела к образованию крупного зерна. Температура неполного отжига стали 40 составляет 740-760°С. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность при высокой пластичности. Структура после полного отжига: перлит и феррит.

Если после  нагрева выше Ас3 провести охлаждение на воздухе, то это будет первым шагом  к отклонению от практически равновесного структурного состояния. Такая термическая  операция называется нормализацией. Эта  обработка является переходной обработкой от отжига к закалке.[3; стр.231]

• Нормализацией называется доэвтектоидной стали нагрев до температуры выше А_c3 на 40-50°С с последующим охлаждением на воздухе. При нормализации происходит перекристаллизация стали, устраняющая крупнозернистую структуру, полученную при литье или ковке. В результате охлаждения на воздухе распад аустенита на ферритно-цементитную смесь происходит при более низких температурах, а, следовательно, повышается дисперсность смеси. Доэвтектоидные стали подвергают нормализации вместо отжига. В результате твердость немного возрастает, но улучшается качество поверхности при резании. Температура нормализации для стали 40 составляет 830-860°С. Структура после полного отжига: перлит и феррит.

Заэвтектоидная сталь на примере стали марки У10.

Отжигом называется нагрев стали выше температур фазовых превращений с последующим медленным охлаждением (обычно вместе с печью). При медленном охлаждении стали приближаются к фазовому и структурному равновесию. Структуры, полученные после отжига, указаны на диаграмме железо-цементит. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность. Основные цели отжига: перекристаллизация стали (измельчение зерна), снятие внутренних напряжений, снижение твердости и улучшение обрабатываемости. При комнатной температуре сталь У10 имеет структуру цементита и перлита. До температуры А_c1 сохраняется исходная структура. При температуре А_c1 происходит превращение перлита в аустенит с содержанием углерода 0,8%. При нагреве выше точки А_с1происходит растворение цементита в аустените (в соответствии с линией SE). Увеличение температуры выше точки А_сm вызывает рост зерна аустенита.