На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Материаловедение

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 18.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 13. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КИРОВСКИЙ ФИЛИАЛ  ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ СЕРВИСА  И ЭКОНОМИКИ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ  “МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ” 
 
 
 
 
 
 

      Студент: Мухачев А.В.

Шифр  студента:01

      Специальность: 100101

Отделение: заочное курс:3

                                                                                                                                                                   
                                                      Проверил: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КИРОВ 2009 г 

    Влияние углерода и постоянных примесей на структуру  и свойства стали. Красноломкость и  хладоломкость стали. Связь прочности  металлов с наличием дефектов кристаллического строения. Способы упрочнения металлов и сплавов.
   Материаловедение  относится к числу основополагающих дисциплин для машиностроительных специальностей. Это связано с тем, что получение, разработка новых материалов, способы их обработки являются основой современного производства и во многом определяют уровенем своего развития научно-технический и экономический потенциал страны. Проектирование рациональных, конкурентноспособных изделий, организация их производства невозможны без достаточного уровня знаний в области материаловедения.
   Материаловедение  является основой для изучения многих специальных дисциплин.
   Разнообразие  свойств материалов является главным  фактором, предопределяющим их широкое применение в технике. Материалы обладают отличающимися друг от друга свойствами, причем каждое зависит от особенностей внутреннего строения материала. В связи с этим материаловедение как наука занимается изучением строения материала в тесной связи с их свойствами. Основные свойства материалов можно подразделить на физические, механические, технологические и эксплуатационные.
   От  физических и механических свойств  зависят технологические и эксплуатационные свойства материалов.
   Среди механических свойств прочность  занимает особое место, так как прежде всего от нее зависитнеразрушаемость изделий под воздействием эксплуатационных нагрузок. Учение о прочности и разрушении является одной из важнейших составных частей материаловедения. Оно является теоретической основой для выбора подходящих конструкционных материалов для деталей различного целевого назначения и поиска рациональных способов формирования в них требуемых прочностных свойств для обеспечения надежности и долговечности изделий.
   Основными материалами, используемыми в машиностроении, являются и еще долго будут оставаться металлы и их сплавы. Поэтому основной частью материаловедения является металловедение, в развитии которого, ведущую роль сыграли российские ученые: Аносов П.П., Чернов Д.К., Курнаков Н.С., Гуляев А.П. и другие.
   Структуры железоуглеродистых сплавов  

   Железоуглеродистые  сплавы – стали и чугуны –  важнейшие металлические сплавы современной техники. Производство чугуна и стали по объему превосходит производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.
   Диаграмма состояния железо – углерод дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов.
   Начало  изучению диаграммы железо – углерод  положил Чернов Д.К. в 1868 году. Чернов впервые указал на существование  в стали критических точек  и на зависимость их положения от содержания углерода.
   Диаграмма железо – углерод должна распространяться от железа до углерода. Железо образует с углеродом химическое соединение: цементит –  . Каждое устойчивое химическое соединение можно рассматривать как компонент, а диаграмму – по частям. Так как на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода до , то рассматриваем часть диаграммы состояния от железа до химического соединения цементита, содержащего углерода.
   Диаграмма состояния железо – цементит представлена на рисунке:
   
 
 

   Компоненты  и фазы железоуглеродистых сплавов  

   Компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо, углерод и цементит.
   1. Железо – переходный металл серебристо-светлого цвета. Имеет высокую температуру плавления – 1539o С 5o С.
   В твердом состоянии железо может  находиться в двух модификациях. Полиморфные превращения происходят при температурах 911o С и 1392o С. При температуре ниже 911o С существует с объемно-центрированной кубической решеткой. В интервале температур 911…1392o С устойчивым является с гранецентрированной кубической решеткой. Выше 1392o С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и называется или высокотемпературное . Высокотемпературная модификация не представляет собой новой аллотропической формы. Критическую температуру 911oС превращения обозначают точкой , а температуру 1392o С превращения - точкой А4.
   При температуре ниже 768o С железо ферромагнитно, а выше – парамагнитно. Точка Кюри железа 768o С обозначается А2.
   Железо  технической чистоты обладает невысокой  твердостью (80 НВ) и прочностью (предел прочности – , предел текучести – ) и высокими характеристиками пластичности (относительное удлинение – , а относительное сужение – ). Свойства могут изменяться в некоторых пределах в зависимости от величины зерна.
   Железо  характеризуется высоким модулем  упругости, наличие которого проявляется и в сплавах на его основе, обеспечивая высокую жесткость деталей из этих сплавов.
   Железо  со многими элементами образует растворы: с металлами – растворы замещения, с углеродом, азотом и водородом – растворы внедрения.
   2. Углерод относится к неметаллам. Обладает полиморфным превращением, в зависимости от условий образования существует в форме графита с гексагональной кристаллической решеткой (температура плавления – 3500 0С, плотность – 2,5 г/см3) или в форме алмаза со сложной кубической решеткой с координационным числом равным четырем (температура плавления – 5000 0С).
   В сплавах железа с углеродом углерод  находится в состоянии твердого раствора с железом и в виде химического соединения – цементита (Fe3C), а также в свободном состоянии в виде графита (в серых чугунах).
   3. Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода.
   Аллотропических превращений не испытывает. Кристаллическая  решетка цементита состоит из ряда октаэдров, оси которых наклонены друг к другу.
   Температура плавления цементита точно не установлена (1250, 1550o С). При низких температурах цементит слабо ферромагнитен, магнитные свойства теряет при температуре около 217o С.
   Цементит  имеет высокую твердость (более  800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность. Такие свойства являются следствием сложного строения кристаллической решетки.
   Цементит  способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут замещаться атомами неметаллов: азотом, кислородом; атомы железа – металлами: марганцем, хромом, вольфрамом и др. Такой твердый раствор на базе решетки цементита называется легированным цементитом.
   Цементит  – соединение неустойчивое и при  определенных условиях распадается с образованием свободного углерода в виде графита. Этот процесс имеет важное практическое значение при структурообразовании чугунов.
   В системе железо – углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.
   1. Жидкая фаза. В жидком состоянии  железо хорошо растворяет углерод  в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.
   2. Феррит (Ф) (C) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.
   Феррит  имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную – 0,02 % при температуре 727o С ( точка P). Углерод располагается в дефектах решетки.
   При температуре выше 1392o С существует высокотемпературный феррит ( ) ( (C), с предельной растворимостью углерода 0,1 % при температуре 1499o С (точка J)
   Свойства  феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость – 130 НВ, предел прочности – ) и пластичен (относительное удлинение – ), магнитен до 768o С.
   3. Аустенит (А) (С) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.
   Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки.
   Аустенит  имеет переменную предельную растворимость  углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727o С (точка S), максимальную – 2,14 % при температуре 1147o С (точка Е).
   Аустенит  имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение – ), парамагнитен.
   При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.
   4. Цементит – характеристика дана выше.
   В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный I), цементит вторичный II), цементит третичный (ЦIII). Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении – вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.  

   Процессы  при структурообразовании железоуглеродистых сплавов  

   Линия АВСD – ликвидус системы. На участке АВ начинается кристаллизация феррита ( ), на участке ВС начинается кристаллизация аустенита, на участке СD – кристаллизация цементита первичного.
   Линия AHJECF – линия солидус. На участке АН заканчивается кристаллизация феррита ( ). На линии HJB при постоянной температуре 14990С идет перетектическое превращение, заключающееся в том, что жидкая фаза реагирует с ранее образовавшимися кристаллами феррита ( ), в результате чего образуется аустенит:
   

   На  участке JЕ заканчивается кристаллизация аустенита. На участке ECF при постоянной температуре 1147o С идет эвтектическое превращение, заключающееся в том, что жидкость, содержащая 4,3 % углерода превращается в эвтектическую смесь аустенита и цементита первичного:
   

   Эвтектика системы железо – цементит называется ледебуритом (Л), по имени немецкого ученого Ледебура, содержит 4,3 % углерода.
   При температуре ниже 727o С в состав ледебурита входят цементит первичный и перлит, его называют ледебурит превращенный (ЛП).
   По  линии HN начинается превращение феррита ( ) в аустенит, обусловленное полиморфным превращением железа. По линии NJ превращение феррита ( ) в аустенит заканчивается.
   По  линии GS превращение аустенита в  феррит, обусловленное полиморфным  превращением железа. По линии PG превращение  аустенита в феррит заканчивается.
   По  линии ES начинается выделение цементита вторичного из аустенита, обусловленное снижением растворимости углерода в аустените при понижении температуры.
   По  линии МО при постоянной температуре 768o С имеют место магнитные превращения.
   По  линии PSK при постоянной температуре 727o С идет эвтектоидное превращение, заключающееся в том, что аустенит, содержащий 0,8 % углерода, превращается в эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного:
   

   По  механизму данное превращение похоже на эвтектическое, но протекает в  твердом состоянии.
   Эвтектоид системы железо – цементит называется перлитом (П), содержит 0,8 % углерода.
   Название  получил за то, что на полированном и протравленном шлифе наблюдается перламутровый блеск.
   Перлит  может существовать в зернистой  и пластинчатой форме, в зависимости  от условий образования.
   По  линии PQ начинается выделение цементита  третичного из феррита, обусловленное снижением растворимости углерода в феррите при понижении температуры.
   Температуры, при которых происходят фазовые  и структурные превращения в  сплавах системы железо – цементит, т.е. критические точки, имеют условные обозначения.
   Обозначаются  буквой А (от французского arret – остановка):
   А1 – линия PSK (7270С) – превращение  П  А;
   A2 – линия MO (7680С, т. Кюри) –  магнитные превращения;
   A3 – линия GOS ( переменная температура,  зависящая от содержания углерода в сплаве) – превращение Ф А;
   A4 – линия NJ (переменная температура,  зависящая от содержания углерода  в сплаве) – превращение ;
   Acm – линия SE (переменная температура,  зависящая от содержания углерода  в сплаве) – начало выделения  цементита вторичного (иногда обозначается A3).
   Так как при нагреве и охлаждении превращения совершаются при  различных температурах, чтобы отличить эти процессы вводятся дополнительные обозначения. При нагреве добавляют букву с, т.е , при охлаждении – букву r, т.е. .  

   Структуры железоуглеродистых сплавов  

   Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны.
   Особую  группу составляют сплавы с содержанием  углерода менее 0,02% (точка Р), их называют техническое железо. Микроструктуры сплавов представлены на рисунке. Структура таких сплавов после окончания кристаллизации состоит или из зерен феррита , при содержании углерода менее 0,006 %, или из зерен феррита и кристаллов цементита третичного, расположенных по границам зерен феррита , если содержание углерода от 0,006 до 0,02 %.
   
  
 
 

   Углеродистыми сталями называют сплавы железа с  углеродом, содержащие 0,02…2,14 % углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита.
   Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии.
   Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита. Микроструктуры сталей представлены на рисунке:
   

     Микроструктуры сталей: а – доэвтектоидная  сталь 
; б – эвтектоидная сталь (пластинчатый перлит); в – эвтектоидная сталь (зернистый перлит); г – заэвтектоидная сталь
 

   По  содержанию углерода и по структуре  стали подразделяются на доэвтектоидные , структура феррит + перлит ; эвтектоидные , структура перлит (П), перлит может быть пластинчатый или зернистый ; заэвтектоидные , структура перлит + цементит вторичный (П + ЦII), цементитная сетка располагается вокруг зерен перлита.
   По  микроструктуре сплавов можно приблизительно определить количество углерода в составе сплава, учитывая следующее: количество углерода в перлите составляет 0,8 %, в цементите – 6,67 %. Ввиду малой растворимости углерода в феррите, принимается, что в нем углерода нет.
   Сплавы  железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14 % (до 6,67 %), заканчивающие кристаллизацию образованием эвтектики (ледебурита), называют чугунами.
   Наличие легкоплавкого ледебурита в структуре  чугунов повышает их литейные свойства.
   Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой состояния железо –  цементит, отличаются высокой хрупкостью. Цвет их излома – серебристо-белый. Такие чугуны называются белыми чугунами.
   Микроструктуры  белых чугунов представлены на рисунке:
   

     Микроструктуры белых чугунов: а – доэвтектический белый чугун
; б – эвтектический белый чугун (Л); в – заэвтектический белый чугун
 

   По  количеству углерода и по структуре  белые чугуны подразделяются на: доэвтектические , структура перлит + ледебурит + цементит вторичный ; эвтектические , структура ледебурит (Л) ; заэвтектические , структура ледебурит + цементит первичный .
   В структуре доэвтектических белых  чугунов присутствует цементит вторичный, который образуется в результате изменения состава аустенита при охлаждении (по линии ES). В структуре цементит вторичный сливается с цементитом, входящим в состав ледебурита.
   Фазовый состав сталей и чугунов при нормальных температурах один и тот же, они  состоят из феррита и цементита. Однако свойства сталей и белых чугунов значительно различаются. Таким образом, основным фактором, определяющим свойства сплавов системы железо – цементит является их структура. 

Красноломкость,
свойство стали  давать трещины при горячей обработке  давлением (ковка, штамповка, прокатка) в области температур красного или жёлтого каления (850—1150°С). К. обусловливается главным образом распределением некоторых примесей (меди, серы) по границам зёрен металла. В поверхностном слое стали, содержащей более 0,4—0,5% меди, при высоких температурах иногда образуются местные скопления структурно-свободной меди, в результате чего при деформации металла могут возникнуть поверхностные надрывы и трещины. К. наблюдается также в стали с повышенным содержанием серы и пониженным марганца. В этом случае сера находится в стали не в виде сравнительно тугоплавкого сернистого марганца MnS, а в виде сернистого железа FeS, которое образует с железом эвтектику, располагающуюся по границам зёрен. При 988 °С эта эвтектика плавится, что нарушает связь между зёрнами и при деформации вызывает появление трещин. Для ослабления вредного влияния и устранения К. в сталь вводят элементы (алюминий, титан, цирконий и др.), образующие тугоплавкие сульфиды. Концентрация меди на границах зёрен может быть в некоторой мере предотвращена легированием (никелем, молибденом, бором).  
Томасовский процесс,
томасирование чугуна, один из видов передела жидкого  чугуна в сталь без затраты  топлива. Т. п. был предложен С. Дж. Томасом в 1878 и успешно конкурировал с бессемеровским процессом, т.к. позволял перерабатывать чугун, содержащий до 2% P. Распространению Т. п. способствовало то, что томасовская сталь была дешевле стали, полученной другими способами.
Наибольшее применение Т. п. получил сначала в Германии, обладавшей в то время большими запасами лотарингских высокофосфористых руд (первые плавки в 1879). В России Т. п. был введён в 80-х г. 19 в. на Таганрогском, Керченском и Мариупольском заводах. В конце 19 в. томасовская сталь по объёму мирового производства (около 25% от всей выплавки стали) занимала 2-е место (после бессемеровской). Однако несколько повышенное по сравнению с мартеновским металлом содержание азота и фосфора, обусловившее большую хрупкость и хладоломкость томасовской стали, ограничило область её применения. В начале 20 в. Т. п. уступил по объёму производства стали мартеновскому процессу. В дальнейшем доля томасовского металла продолжала снижаться (в 1974 менее 2%).  
 

   Металлы, особенности атомно-кристаллического строения  

   В огромном ряду материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни  и деятельности, металлы всегда занимали особое место.
   Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике.
   Причина этого - в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других материалов и делающих во многих случаях незаменимыми.
   Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определенным набором свойств:
    «металлический блеск» (хорошая отражательная способность);
    пластичность;
    высокая теплопроводность;
    высокая электропроводность.
   Данные  свойства обусловлены особенностями  строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объ?му металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.
   Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».
   Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические  вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определ?нным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.
   Другими словами, кристаллическая решетка  это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.
   Элементарная  ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.
   Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются:
   ·  размеры ребер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решетки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определенными.
   ·  углы между осями ( ).
   ·  координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.
   ·  базис решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.
   ·  плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной кубической решетки – 0,74)
   

     Схема кристаллической решетки  

   Классификация возможных видов кристаллических  решеток была проведена французским  ученым О. Браве, соответственно они  получили название «решетки Браве». Всего  для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа;
   ·  примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;
   ·  базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;
   ·  объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;
   ·  гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней
   

     Основные типы кристаллических  решеток: а – объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная   

   Основными типами кристаллических решеток являются:
    Объемно - центрированная кубическая (ОЦК) , атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, )
    Гранецентрированная кубическая (ГЦК) , атомы рассполагаются в вершинах куба и по центру куждой из 6 граней (Ag, Au, )
    Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:
      простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);
      плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).
   В кристаллической решетке реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Различают следующие структурные несовершенства:
    точечные – малые во всех трех измерениях;
    линейные – малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем;
    поверхностные – малые в одном измерении.
   
   Точеные дефекты  

   Одним из распространенных несовершенств  кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.