ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

                                                                                  Вечерне-заочный факультет

                                                                         Кафедра технологии металлов и судоремонта

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

по дисциплине

“ Материаловедение. Технология конструкционных материалов.”

 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Студент 1 курса ВЗФ

 специальности: «Эксплуатация судовых  энергетических установок »

Ф.И.О.  Блинник Михаил Николаевич                                     

Шифр: Мзу - 10318

Проверил: 
 
 
 
 
 
 

                                                                 МУРМАНСК

                                                                  2011 
 

1. Что такое  дислокация? Виды дислокации и их влияния  на механические свойства металлов. Как  связано число твердости НВ с  временным сопротивлением? Что больше – KCU,KCV или KCT одного и того же материала, почему?

 

    Наиболее распространенными и очень важными с точки зрения формирования прочностных свойств металлов являются дефекты, имеющие протяженность только в одном направлении, или линейные дефекты. Их принято называть дислокациями. Образуются дислокации в результате локальных или местных смещений кристаллографических плоскостей, происходящих в кристаллической решетке зерен на различных технологических этапах их формирования. Наиболее распространенной и характерной разновидностью дислокации является краевая дислокация (рис. 1).

                         

Рис. 1 Схема краевой дислокации в кристаллической  решетке. 

     Краевая дислокация представляет собой локализованное искажение атомной плоскости за счет введения в нее дополнительной атомной полуплоскости – экстра плоскости, расположенной перпендикулярно плоскости чертежа. Условно подразделяют краевые дислокации на положительные и отрицательные. Положительная дислокация  соответствует случаю, когда сверху есть лишняя атомная полуплоскость. Соответственно в верхней половине кристалла действуют сжимающие напряжения, в нижней растягивающие. Отрицательная дислокация соответствует случаю, когда верхняя половина кристалла растянута, нижняя сжата. Тут же на рисунке показаны значки, которыми изображают положительную и отрицательную дислокации.  Нетрудно видеть, что эти две дислокации различаются лишь поворотом на 180º. По этому не имеет смысла говорить о знаке дислокации, если эта дислокация одна: знак существен, если рядом есть другая дислокация. Силы упругого взаимодействия между дислокациями зависят от знака дислокации: одноименные дислокации отталкиваются, разноименные притягиваются.

  Второй  разновидностью линейных дефектов  кристаллической решетки является винтовая дислокация (рис.2). Она формируется и перемещается при сдвиге одной части кристалла относительно другой по какой-нибудь плоскости под действием внешних сдвиговых  (касательных) сил Р  (перемещение дислокации АВ..A`B`, рис. 2 ). На схеме сдвиг распространился от переднего края  кристалла до линии АВ,  параллельной силам Р. При этом правый край кристалла сместился вниз на параметр  решетки. При дальнейшем  действии этих сил АВ продолжит мещение к задней стенке с кристалла—А`В`.

                         

                       Рис. 2 Схема винтовой  дислокации

Вокруг текущих положений (рис. 2, линия А В) кристаллографические атомные плоскости-поверхности оказываются изогнутыми. Если проследить ход этих плоскостей от левой части кристалла к правой вокруг АВ сверху вниз, то окажется, что все они, т. е. атомные слои плоскости, как бы представляют одну винтовую поверхность, закрученную вокруг АВ по часовой стрелке в данном случае. Сама линия АВ, вокруг  которой формируются геометрические и энергетические искажения в кристаллической решетке, и является винтовой дислокацией.

  Одним из  параметров, характеризующих поведение дислокации во время пластической деформации, является вектор Бюргерса. Он показывает степень искажения кристаллической решетки вокруг дислокации. Упругая энергия вокруг  дислокации пропорциональна квадрату вектора Бюргерса. Чтобы определить вектор  Бюргерса, надо вокруг дислокации построить контур Бюргерса (рис. 3). Протяженность сторон контура выбирается произвольно. Например, контур ABCD вокруг краевой дислокации ┴ по вертикали содержит четыре параметра решетки, по горизонтали — над дислокацией тоже четыре параметра, а под ней — три.  Отрезок АЕ, по модулю равный параметру  решетки, принято считать вектором Бюргерса. Он перпендикулярен линии дислокации.

                         

                  Рис. 3 Схема определения вектора Бюргерса.

  Дислокации образуются уже при кристаллизации металлов, а также в ходе пластической деформации и фазовых превращений. Плотность дислокаций может достигать большой величины. Плотность дислокаций — это суммарная протяженность линий дислокаций в единице объема кристалла.     

Плотность дислокаций — важнейшая техническая  характеристика качества кристалла. В  кристаллах, выращенных обычными методами кристаллизации из расплава, плотность  дислокаций составляет 10⁴ - 10⁶ см². Путем отжига можно понизить эту плотность до 10³ - 10⁴ см^-2. В результате пластической деформации плотность дислокаций быстро возрастает на несколько порядков. Наилучшие полупроводниковые кристаллы, полученные путем выращивания, имеют плотность дислокаций 10² - 10³ см^-2 и даже порядка нескольких единиц на квадратный сантиметр, выращиваются и бездислокационные кристаллы. Дислокации легко перемещаются в направлении, перпендикулярном экстра плоскости. Чем легче перемешаются дислокации, тем ниже прочность металла, тем легче идет пластическая деформация.

Согласно  теории И. А. Одинга, зависимость между прочностью металла а и плотностью дислокаций р может быть представлена графиком (рис. 4). Точка А соответствует прочности бездефектного металла, т. е.  теоретической прочности. На участке АВ по мере увеличения плотности дислокаций наблюдается снижение прочности. Верхняя часть этого участка,  близко примыкающая к точке А,  соответствует прочности так  называемых «усов», т. е. специально  выращиваемых продолговатых  кристалликов с очень низкой плотностью дислокаций. Прочность «усов»  близка к теоретической. Они широко применяются при изготовлении композиционных сплавов в качестве упрочнителей. (Интересно заметить, что термин «усы» является дословным переводом с английского слова «вискерс», означающего по-русски жесткие усы животных.) В точке В при плотности дислокаций — уменьшение прочности прекращается и начинается ее постепенный рост. Это объясняется тем, что с увеличением р перемещение дислокаций затрудняется в связи с тем, что они начинают передвигаться не по параллельным, а по  пересекающимся плоскостям других систем скольжения, тем самым препятствуя движению друг друга (участок ВС).

Характер  влияния плотности дислокаций р на прочность металла можно оценить по формуле Келли—Наттинга:

                                 

где — предел текучести сплава; — предел текучести отожженного металла; α — коэффициент, зависящий от вида дислокаций; G — модуль сдвига; b — вектор Бюргерса.

                      

                          Рис. 4. Влияние искажений кристаллической  решетки на прочность кристаллов.

   Твердость — это свойство материала оказывать сопротивление  контактной деформации или хрупкому разрушению при внедрении индентора (твердосплавный наконечник) в его поверхность. Испытания на твердость — самый доступный и  распространенный вид механических испытаний. Наибольшее применение в  технике получили статические методы испытания на твердость при вдавливании индентора: метод Бринелля, метод Виккерса и метод Роквелла.

    Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке при растяжении, предшествующей разрушению, называется временным сопротивлением ơв, оно измеряется в МПа. Между временным сопротивлением и числом твердости НВ для различных металлов установлена следующая примерная зависимость: для стали ơв≈ 0,34-0,35 НВ; для медных отожжённых сплавов ơв≈0,55НВ;для алюминиевых сплавов ơв ≈0,35-0,36 НВ.

Для оценки склонности материалов к хрупкому разрушению широко применяют испытания на ударный  изгиб образцов с надрезом, в результате которых определяют ударную вязкость. Ударная вязкость  оценивается работой, затраченной на ударный излом образца и отнесенной к площади его поперечного сечения в месте надреза.

Ударная вязкость КС, Дж/ определяется как отношение работы разрушения К, затраченной на деформацию и разрушение ударным изгибом надрезанного образца, к начальной площади поперечного сечения образца в месте надреза Sо по формуле  КС= К/Sо.

     В зависимости от вида концентратора напряжений различают образцы трех типов: с радиусом дна надреза 1,0 мм (тип U), 0,25 мм (тип V), и инициированной трещиной (тип Т) .

                                                 

                              

Из вышеизложенного  следует: KCU˃KCV˃KCT

     Основным  критерием ударной вязкости является KCV:

                                             KCV = KC_з+KC_р,

где КС₃ - работа зарождения трещины; КС_р ≈ КСТ - работа распространения трещины. Чем острее надрез тем меньше КС₃. 

2. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид и укажите на ней температуру  изотермической закалки стали 60 СГА. Постройте кривую охлаждения и укажите  химический состав стали, закалочной среды  и зарисуйте полученную структуру.

     Характеристика  материала 60СГА

Марка: 60 СГА;

Классификация: сталь конструкционная легированная высококачественная, с пониженным содержанием серы и фосфора 

                                    Химический состав в % материала 60СГА. 

     

Температуру закалки определяем по диаграмме  состояния железо - цементит.

     При закалке доэвтектоидные стали нагревают  до температуры на 30—50° выше точки  Ас₃. При таком нагреве исходная ферритно-перлитная структура превращается в аустенит.  Для стали 60СГА температура нагрева составит  790 – 820 гр.

      Закалку выполняют так же как и ступенчатую, но предусматривается более длительная выдержка выше точки М_н. При выдержке происходит распад аустенита с образованием нижнего бейнита. Сталь после нагрева до температуры закалки охлаждают в среде, имеющей температуру несколько выше точки М_н, и выдерживают в ней, затем изделие охлаждают до комнатной температуры на воздухе ( рис. 2 ).