Диаграмма состояния системы алюминий - германий

Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния.

Определите количественное соотношение фаз и их химический состав в середине температурного интервала первичной кристаллизации сплава с 10% Ge (Приложение А). Диаграмма состояния l Ge является диаграммой эвтектического типа.

Промежуточные фазы не образуются.

Характеризуется эвтектическим превращением при температуре 424 С с эвтектической точкой при содержании 30,3 % G e . Температура эвтектики определена равной 415,5 С. Эвтекти ка кристаллизуется при содержании 28,4 %. М аксимальная раствори мость G e в А l равна - 2,8 %. С понижением температуры растворимость G e в А1 уменьшается.. Солидус системы А1 G e в области, богатой G e , имеет ретроградный характер.

Растворимость А1 в G e при температуре 925, 900, 675, 500, 300 С составляет 0,17; 0,43; 0,97; 0,92; 0,63 %. Максимальная растворимость А1 в G e при эвтектической температуре составляет 1,2 %; ретро градный характер измерения растворимости не обнаружен.

Химические соединения отсутствуют. Линии диаграммы: А e линия температур начала кристаллизации (конца плавления) сплавов, или линия ликвидуса - твердого раствора (твердого раствора Al в Ge ). Выше этой линии сплав находится в состоянии однородного жидкого раствора, в котором атомы Al равномерно перемешаны с атомами Ge . А a линия температур конца кристаллизации (начала плавления), или линия солидуса - твердого раствора. Ниже этой линии сплав находится в твердом состоянии. Be линия ликвидуса, начала кристаллизации (конца плавления) сплавов. Между линиями ликвидуса и солидуса находится двухфазная область (Ж+ и Ж+ Ge ) насыщенный жидкий и твердые растворы, составы которых изменяются по линии ликвидус (жидкой фазы) и солидус (твердой фазы). Для определения химического состава в середине температурного интервала первичной кристаллизации с 10% Ge используем правило отрезков. Для этого проводим горизонтальную линию ( коноду ) в указанном интервале до пересечения с линиями (ликвидус и солидус ) ограничивающими данную область.

Проекции точек пересечения на ось концентраций показывают концентрацию компонентов в фазах (или составы фаз). Таким образом, химический состав твердой фазы в точке - l (15% Al , остальное - 85% Ge ). Химический состав жидкой фазы в точке s - (4,5% Al , остальное 95,5% Ge ). Определение количественного соотношения жидкой и твердой фазы: Количественная масса фаз обратно пропорциональна отрезкам проведенной коноды . Количество всего сплава ( Q сп ) определяется отрезком sl . О трезок, прилегающий к линии ликвидус kl , определяет количество твердой фазы О трезок, прилегающий к линии солидус sk , определяет количество жидкой фазы

Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита. Таким образом, структура чугунов ниже 1147 С будет: доэвтектических аустенит + ледебурит, эвтектических ледебурит и заэвтектических цементит (первичный) + ледебурит. Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита. Линия ЕS показывает температуры начала выдел пня цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры.

Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом. В точке S при температуре 727 С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом.

Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.

Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727 С имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен. В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147 727 С при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода(линия ES). По достижении температуры 727 С (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит). Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727 С состоит из ледебурита превращенного.

Заэвтектический чугун при температурах ниже 727 С состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного. а) б) Рисунок 1 : а диаграмма железо-цементит, б кривая охлаждения для сплава, содержащего 0,4% углерода. Сплав, содержащий 0,4 %С, по составу отвечает точке эвтектоидного превращения S . До точки 1 на кривой охлаждения сплава происходит охлаждение жидкости. От т.1 до т.2 выделение из жидкости кристаллов аустенита. От т.2 до т.3 протекает эвтектоидное превращение при 727 С А Ф+Ц, образуется Перлит (Ф+Ц). От т.3 дот.4 охлаждается образовавщийся перлит. Сплав железа с углеродом, содержащий 0,4% С, называется среднеуглеродистой сталью. Его структура при комнатной температуре феррит + перлит 3. Назначьте режим закалки и отпуска вала, изготовленного из стали 45. Приведите график термической обработки и структуру после закалки и после отпуска.

Опишите, как изменятся свойства стали после отпуска. Сталь 45 - Сталь конструкционная углеродистая качественная, содержит 0,45 %С, в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твёрдость не более НВ 2070 Н/мм 2 . При твёрдости НВ 1900 2000 Н/мм 2 . Химический состав стали марки 45: Сталь 45 (ГОСТ 1050-74): 0,42-0,50%C, 0,50-0,80%Mn, 0,17-0,37%Si, Для повышения прочности можно применять нормализацию или закалку с высоким отпуском.

Последний вариант обработки сложнее, но позволяет получить не только более высокие характеристики прочности, но и более высокую вязкость. В стали 45 минимальные значения ударной вязкости КС (ан) после нормализации составляют 200 300 кДж/м2, а после закалки и отпуска с нагревом до 550 С достигают 600 700 кДж/м2. Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А с3 ), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

Температура точки А с3 для стали 45 составляет 755 С. Доэвтектоидные стали для полной закалки следует нагревать до температуры на 30-50 С выше А с3 . Температура нагрева стали под полную закалку, таким образом, составляет 800-820 С. Структура стали 5 при температуре нагрева под закалку аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической мартенсит. После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита.

Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20 25мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое толщиной до 2 4 мм.

Последующий отпуск, который проводится при температуре 550-600?С, вызывает превращение мартенсита в сорбит отпуска только в тонком поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства основной массы изделия. Сталь со структурой сорбита отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем та же сталь со структурой сорбита закалки или имеющая феррито-перлитную структуру.

Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно переменных нагрузок воспринимают наружные слои, которые должны обладать повышенными механическими свойствами.

Высокие отпуск почти полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке.

График термической обработки вала из стали 45. t ` 800-820?С 550-600?С закалка высокий отпуск После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита+аустенит . Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита в сорбит отпуска. 4. Расшифруйте марочный состав сталей и классифицируйте их по назначению: Ст1кп, 10, А20, 15ХСНД, ШХ6, У8, 7ХГ2ВМФ, Р9К5. Опишите влияние добавок хрома на свойства стали.

Расшифруйте марки чугунов и укажите вид графита: СЧ25, ВЧ40, КЧ33-8. Ст1кп Ст сталь, 1 условный номер марки, степень раскисления кипящая ( кп ). Сталь конструкционная, углеродистая обыкновенного качества. 10 конструкционная углеродистая качественная, содержащая 0,10 % С. А20 А - автоматная сталь конструкционная, повышенной обрабатываемости, содержащая 0,20% С. 15ХСНД сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций, содержащая 0,15% C и легирующие добавки хрома (Х), кремния (С), никеля (Н) и меди (Д), причем содержание каждой добавки не превышает 1 % ШХ6 Ш Шарикоподшипниковая качественная конструкционная хромистая сталь, содержащая сталь 0,6% хрома (Х). У8 У углеродистая инструментальная сталь, содержащая 0,8 %С. 7ХГ2ВМФ сталь инструментальная штамповая, содержащая 0,7% C , по 1% марганца (Г), вольфрама (Ф), молибдена (М) и 0,2% ванадия (В). Р9К5 сталь инструментальная (Р) быстрорежущая, содержит 9% вольфрама и 5% кобальта. Хром важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов.

Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности. СЧ25 серый чугун, предел прочности при растяжении 250 МПа (или 25 кг/мм 2 ). Графит пластинчатой формы. ВЧ40 высокопрочный чугун, предел прочности при растяжении 400 МПа (или 40 кг/мм 2 ). Шаровидный графит. КЧ33-8 ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 330 МПа (или 33 кг/мм 2 ) и относительным удлинением при разрыве 8%. Хлопьевидный графит. 5. Расшифруйте марочный состав цветных сплавов АМг0,5; АК9; Д6; Л90; ЛЦ14К3С3; БрОФ6,5-0,15; БрО8Н4Ц2; Б83. Укажите области применения указанных марок. Какие из них могут быть использованы в качестве антифрикционных материалов? Опишите влияние олова на свойства бронз. АМг0,5 А алюминиевый сплав, содержащий 0,5 % магния ( Mg ). Применяется для изготовления сварных малои средненагруженных конструкций (в строительстве, судостроении, транспортном машиностроении и авиации); сварных ёмкостей, маслои бензопроводов, штампованных изделий, посуды, бытовых предметов и т.п. АК9 алюминиевый литейный сплав (силумин), содержит 9% кремния.

Применяется для литья деталей в авто-, мото - и авиастроении (напр. картеров, блоков цилиндров, поршней), и для производства товаров народного потребления (напр. теплообменников, мясорубок). Д6 дуралюмин (Д) ( сплав Al с Cu ) 6 условный номер сплава. Л90 латунь (сплав меди с цинком), содержит: медь 90%. ТОМПАК. Применяется для изготовления деталей машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, радиаторных трубок, художественных изделий, знаков отличия и фурнитуры, медных духовых инструментов, а также для плакирования стали и получения биметалла сталь-латунь ЛЦ14К3С3 латунь (Л) литейная, содержит: цинк (Ц) 14%, калий (К) 3%, свинец (С) 3%. Применяется в судостроении, авиации, машиностроении, горнодобывающей, нефтегазодобывающей промышленности и т.д. БрОФ6,5-0,15 деформируемая бронза ( Бр ), содержит: олово (О) 6,5%, фосфор (Ф) 0,15 % и остальное медь. Ленты, полосы, прутки, применяемые в машиностроении, подшипниковые детали трубозаготовки для изготовления биметаллических сталебронозовых втулок. БрО8Н4Ц2 бронза оловянная литейная, содержит: олово (О) 8%, никель (Н) 4 %, цинк (Ц) 2% и остальное медь.