Materiałoznawstwo 2011

Materiałoznawstwo 2011, Materiałoznawstwo egzamin

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ZERÓKA MATERIAŁOZNAWSTWO II
Grupa B
1. Przebieg i cechy przemiany martenzytycznej. Wpływ austenitu szczątkowego na
własności stali po hartowaniu.
Przemiana martenzytyczna
– zachodzi podczas szybkiego
chłodzenia austenitu z szybkością większą od szybkości krytycznej. Martenzyt – przesycony
roztwów stały w żelazie alfa, powstaje podczas przemiany austenitu przechłodzonego do
temperatury, w której nie zachodzi dyfuzja węgla. Objętość właściwa martenzytu jest większa
niż austenitu. Jest strukturą stali o największej twardości, ale jest także bardzo kruchy. Do
zastosowań inżynierskich powinien być dalej poddany obróbce cieplnej przez odpuszczanie.
Cechy przemiany martenzytycznej
: przemiana bezdyfuzyjna, polega na przebudowie sieci
przestrzennej z fazy gamma na fazę alfa, bez dyfuzji węgla; martenzyt powstaje przy ciągłym
obniżaniu temperatury w granicach od Ms do Mf (temperatura Ms nie zależy od szybkości
chłodzenia); przemiana postępuje przez tworzenie się nowych igieł martenzytu, nie przez
rozrastanie poprzednio powstałych; przemiana zostaje zachamowana przez rosnące
naprężenia ściskające w austenicie; naprężenia rozciągające i odkształcenia plastyczne
ułatwiają przemianę martenzytyczną; przemiana ta w stalach jest nieodwracalna; wielkość
płytek martenzytu zależy od wielkości ziaren austenitu (grubo, drobnoiglasty); przemiana
zwykle nie zachodzi do końca; martenzyt średnio i wysokowęglowy (twardy, odporny na
ścieranie): narzędzia, ścierane części maszyn, do dalszej obróbki cieplnej na sprężyny;
niskowęglowy (ciągliwe, spawane, zgrzewane, wysoka wytrzymałość, granica plastyczności):
karoserie samochodowe.
2. Narysować i kompletnie opisać wykres CTPi dla stali zaeutektoidalnej. Narysować
dwa przebiegi obróbki cieplnej, tak by uzyskać strukturę troostytu i troostytu
odpuszczania. Która z tych struktur i dlaczego jest wykorzystywana na sprężyny?
3. Wałek o średnicy 50mm wykonano ze stali zawierającej 0,35% C. Zaproponuj jego
obróbkę cieplną: objętościową, powierzchniową lub chemiczną,
tak by mógł być stosowany
jako element narażony na obciążenia. Narysuj schemat
zmian struktur na przekroju wałka.
Obróbka cieplna: normalizowanie (wzrost wytrzymałości);
hartowanie; odpuszczanie wysokie (na strukturę sorbitu
odpuszczania); azotowanie (stale o 0,35%C można azotować, co
poprawia odporność na ścieranie).
4. Jaką strukturę i dlaczego będą wykazywały stale o następujących składach chem.:
a) 0,4% C, 13% Cr
: stal odporna na korozję, dzięki zawartości chromu || ferryt stopowy +
węgliki chromu || Umocnienie: zamiast zwykłego hartowania, zastosować hartowanie
powierzchniowe bo można dla zawartości 0,3-0,5%C.
b) 0,1% C, 18% Cr, 9% Ni:
Taki skład chemiczny zapewnia takiej stali strukturę
austenityczną. Jest to stal chromowo-niklowa. Ze wzostem temperatury rozpuszczalność
węgla zwiększa się i dzięki temu można je przesycać, co zwiększa odporność tej stali na
korozję.
5. Interpretacja krzywej dylatometrycznej jako ilustracji przebiegów odpuszczania.
Krzywe dylatometryczne
(badanie zmiany długości próbki): I stadium (do ok 200C):
początek to przegrupowanie C w martenzycie bez tworzenia węglików, początek relaksacji
naprężeń; potem powstają przejściowe płytkowe węgliki, maleje przesycenie f, maleją
naprężenia, gęstość i rozmieszczenie dyslokacji zostaje, a szczątkowy też; struktura:
martenzyt odpuszczania (przesycony iglasty ferryt, węglik, a szczątkowy); właściwości:
wytrzymałość, twardość prawie tak samo wysoka, ciągliwość niewielka ale trochę wyższa niż
w Mh. II stadium (do ok 200, 300C): objętość rośnie, zanika a szczątkowy; produkty jak w I;
struktura: nadal martenzyt odpuszczania (mniej przesycony f, nie ma a szczątkowego);
właściwości: wytrzymałość, twardość lekko maleją, udarność spada od ok 250C –
nieodwracalna kruchość odpuszczania przez ciągłą otoczkę węglika. III stadium (ok 300-
400): objętość maleje, zanika przesycenie f, zarodkuje cementyt; reszta nadmiaru C wydziela
się z f; cementyt: zarodkowanie z nadmiaru w f i przekształcenie węglika; struktura: troostyt
odpuszczania (m średnio odpuszczony, iglasty f i ziarenka cementytu): właściwości:
wytrzymałość, twardość dość wysokie, ale szybko maleją; ciągliwość niska ale rośnie. IV
stadium (ok 400 do A): koagulacja cementytu, rekrystalizacja zgniotu fazowego – proces
zdrowienia; ruch granic f blokowany wydzieleniami cementytu; ok 650C – ruch granic, rosną
nowe równoosiowe ziarna f; struktura: sorbit odpuszczania (m wysoko odpuszczony; iglasty
ferryt, skoagulowany cementyt), powyżej 650: sferoid (po długim wyżarzaniu, kulkowy
cementyt na tle f); właściwości so: wytrzymałość zdecydowanie wyższa, ciągliwość raczej
wyższa, twardość umożliwia jeszcze skrawanie, jest najlepszy, stosowany do części maszyn.
6. Brązy aluminiowe – metody umacniania i zastosowanie
.
6. Brązy aluminiowe – metody umacniania i zastosowanie.
Brązy aluminiowe
– stop miedzi z około 9-11% aluminium; przeważają brązy cynowe o mniejszej
skłonności do segregacji, lepszych właściwościach odlewniczych, większej odporności na korozję.
Brązy wolnochłodzone
o zawartości Al poniżej 8% o strukturze jednofazowej można przerabiać
plastycznie na zimno i gorąco przy około 6%.
Brązy powyżej 9% Al
: pojawia się eutektoid (alfa+gamma’), można przerabiać plastycznie tylko na
gorąco, ale strukturę można zmieniać drogą obróbki cieplnej. Po zahartowaniu ich do temp 850-950C
zachodzi przechłodzenie beta i powstaje struktura iglasta typu martenzytycznego, o dużej
wytrzymałości i małej plastyczności. Po odpuszczaniu poniżej 550C rozpada się na mieszaninę
alfa+gamma o dobrych właściwościach wytrzymałościowych i plastycznych.
Brązy odlewnicze:
Al powyżej 8%; wieloskładnikowe, rzadkopłynne; mała segregacja; duży skurcz;
dobra odporność na korozję.
Mają zastosowanie
jako części w przemyśle chemicznym, elementy pracujące w wodzie morskiej,
monety, styki ślizgowe, części łożysk, wały, śruby, sita, koła zębate.
Grupa A
1. Przemiana perlit-austenit – wpływ warunków przemiany na własności stali po
hartowaniu i odpuszczaniu
:
inaczej austenityzowanie, zachodzi w sposób dyfuzyjny.
Polega na przemianie perlitu w austenit niejednorodny, a następnie jednorodny. Celem jest
otrzymanie możliwie jednorodnego austenitu, który będzie drobnoziarnisty, co wpływa z
kolei na przebieg przemian podczas chłodzenia. Przebieg: 1. Aby zaszła przemiana
konieczna jest
w celu uzyskania
do rozpoczęcia przemiany. 2. Powstanie zarodków
austenitu na granicy międzyfazowej w perlicie. 3. Rośnięcie zarodków

ziarna austenitu
niejednorodnego 4. Ujednorodnienie ziaren austenitu. |||
Powstający z zarodków
,
występujących na granicach ziaren, austenit pod względem składu chem. nie jest
niejednorodny (zarówno zarodki jak i powstający austenit). Przy dużych szybkościach
grzania, początek i koniec przemiany perlit-austenit zachodzi przy dużo wyższej temp. niż
przy wolnym grzaniu. Na szybkość przemiany ma wpływ: szybkość nagrzewania, budowa
perlitu (im drobniejsze płytki w perlicie tym przemiana zachodzi szybciej, najmniej korzystny
cementyt kulkowy). Po przekroczeniu temp. przemiany Ac1 ziarna austenitu ulegają
znacznemu rozdrobnieniu, co wynika z dużej liczny zarodków na powierzchniach
granicznych ferryt-cementyt, jednak dalsze grzanie (podwyższenie temp. lub wydłużenie
czasu) będzie powodowało ich rozrost (proces samorzutny). Otrzymanie austenitu
drobnoziarnistego sprzyja dalszym procesom obróbki plastycznej, gdyż przy dużym
rozdrobnieniu procesy zachodzą łatwiej i można uzyskać korzystniejsze rezultaty. Duży
wpływ tego procesu jest widoczny przy późniejszych procesach chłodzenia.
2. Narysować i kompletnie opisać wykres CTPi dla stali przedeutektoidalnej. Narysować
dwa przebiegi obróbki cieplnej, tak by uzyskać strukturę sorbitu i sorbitu odpuszczania.
Jakie i dlaczego występując w tych strukturach różnice cementytu.
Wykres CTPi
– wykres czas-temp.-przemiana w warunkach izotermicznych (izotermicznego
chłodzenia w tej samej temp.).
V
kr
– pr. krytyczna, chłodzenie z większymi pr. powoduje
przebieg procesu bezdyfuzyjny. ||| W sorbicie występuje cementyt płytkowy, natomiast w
sorbicie odpuszczania Fe3C kulkowy. Wynika to z zastosowanej obróbki cieplnej, tzn. że dla
uzyskania sorbitu odpuszczania należy po zahartowaniu przeprowadzić odpuszczanie wysokie
(500-600
).
3. Wałek o średnicy 50mm wykonano ze stali zawierającej 0,15% C. Zaproponuj jego
obróbkę cieplną: objętościową, powierzchniową lub chemiczną, tak by mógł być
stosowane jako element narażony na obciążenia zmienne w warunkach ścierania .
Narysuj schemat zmian struktur na przekroju wałka.
Prawidłowa będzie obróbka
cieplno-chem. W tym przypadku nawęglaniu, które wykonuje się dla stali do zawartości 0,2-
0,25% C. Nawęglanie wykonuje się do 0,8% na powierzchni, na grubości ok. 1,5-3 mm. W
wyniku nawęglania na powierzchni powstaje struktura zawierająca 0,8%C. Następnie w
odległości g (grubość warstwy nawęglonej) od powierzchni znajduje się struktura z 0,4%C
(50:50 ferryt:perlit). Struktura rdzenia pozostaje bez zmian.
4. Jaką strukturę i dlaczego będą wykazywały stale o następujących składach chem.:
a) 0,1% C, 13% Cr
– stal odporna na korozję, dzięki zawartości chromu || ferryt stopowy +
węgliki chromu || Umocnienia: zahartować i odpuścić nisko

uzyskanie struktury
martenzytu odpuszczania
b) 1,1% C, 13% Mn
: austenit stopowy (Fe
3
Mn)
3
C || Umocnienia: odkształcenia plastyczne
na zimno, przesycenie, starzenie
5. Wzrost podobieństwa w przemianie martenzytycznej-bainitycznej (różnice)
:
6. Stopy aluminium do przeróbki plastycznej – metody umacniania i zastosowanie
.
To stopy o zawartości dodatków stopowych mniejszych niż stopy odlewnicze aluminium. Ich
struktura składa się z ziarn roztworu stałego oraz wydzieleń faz międzymetalicznych
pochodzących od dodatków stopowych i zanieczyszczeń.
Podział:
nieobrabiane cieplnie
(zbudowane z jednorodnych roztworów stałych, mogą być umacniane odkształceniowo, np.
Al.-Mn, Al.-Mg); obrabiane cieplnie ( umacniane wydzieleniowo, np. Al-Si, Al-Cu, Al-Mg-
Si). || Metodą umacniania stopów aluminium do przeróbki plastycznej jest umacnianie
wydzieleniowe (utwardzanie dyspersyjne) - proces techniczny złożony z przesycania
roztworu stałego
przez szybkie chłodzenie z temp. 500-580
i starzenia przesyconego
roztworu
w celu wydzielenia faz o dużej dyspersji – umocnienia wydzieleniowego.
Starzenie może być samorzutne (naturalne) w temp. pokojowej lub sztuczne (przyśpieszone)
w wyniku wygrzewania w temp. 100-180
. Proces prowadzony w celu podwyższenia
twardości i własności wytrzymałościowych stopów przy zachowaniu dostatecznej
plastyczności. ||| Zastosowywanie: przemysł samochodowy, okrętowy, samolotowy, w
architekturze, elementy odporne na zużycie ścierne, twarde i wytrzymałe.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

mement.xlx.pl