Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Строение и свойства металлов. Физические основы пластической деформации

Покупка
Артикул: 754271.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Приведены задачи по формированию структуры и свойств сталей и сплавов в условиях термической обработки, пластической деформации и термомеханической обработки, выбору сталей и сплавов с заданными свойствами, назначению режимов их термической и термомеханической обработки, анализу диаграмм деформации, механизмов деформационного упрочнения и разупрочнения. Практикум предназначен для студентов специальности 110600.
Строение и свойства металлов. Физические основы пластической деформации : практикум / Л. М. Капуткина, С. Д. Прокошкин, С. В. Добаткин [и др.]. - Москва : ИД МИСиС, 2003. - 37 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1245068 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
УДК 669.017.16 
С86 

Р е ц е н з е н т 
Д.Б. Ефремов 

Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д., Добаткин СВ., 
Прокошкина В.Г., Трусов В.А. 

С86 
Строение и свойства металлов. Физические основы пластиче
ской деформации: Практикум/Л.М. Капуткина, С.Д. Прокошкин, 
СВ. Добаткин и др. - М.: МИСиС, 2003. - 37 с. 

Приведены задачи но формированию структуры и свойств сталей и 
сплавов в условиях термической обработки, пластической деформации и 
термомеханической обработки, выбору сталей и сплавов с заданными свойствами, назначению режимов их термической и термомеханической обработки, анализу диаграмм деформации, механизмов деформационного упрочнения и разупрочнения. 

Практикум предназначен для студентов специальности 110600. 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС) 2002 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
4 

Строение и свойства металлов 
5 

Практическое занятие 1. Полиморфные превращения. 
Превращения при нагреве стали 
5 

Практическое занятие 2. Превращения при охлаждении 
(перлитное, бейнитное, мартенситное) 
6 

Практическое занятие 3. Превращения при отпуске закаленной 
стали 
9 

Практическое занятие 4. Виды термической обработки. 
Получаемые структура, свойства 
10 

Практическое занятие 5. Конструкционные стали 
12 

Практическое занятие 6. Инструментальные стали и стали с 
особыми физическими и химическими свойствами 
15 

Физические основы пластической деформации 
17 

Практические занятия 1, 2, 3. Индицирование плоскостей 
и направлений. Параметры кристаллической решетки. 
Вектор Бюргерса. Дислокационные реакции. Критерий Франка.. 17 
Практические занятия 4, 5. Системы скольжения. 
Фактор Шмида. Деформационное упрочнение ГЦК-, ОЦКи ГПУ- монокристаллов при холодной деформации. Влияние 
различных факторов на диаграммы деформации 
монокристаллов 
18 

Практическое занятие № 6. Деформация поликристаллических 
сплавов. Диаграммы деформации. Уравнение Холла – Петча 
19 

Практическое занятие 7. Диаграммы горячей деформации. 
Влияние различных факторов на структурообразование и 
параметры горячей деформации. Карты структурных 
состояний 
20 

Практическое занятие 8. Разупрочнение при нагреве 
холоднодеформированного металла и металла после горячей 
деформации 
29 

Библиографический список 
35 

3 

ВВЕДЕНИЕ 

Практикум предназначен для занятий студентов специальности 
110600 «Обработка металлов давлением», изучающих курсы «Строение и свойства металлов. Части I и II» (7-й и 8-й семестры) и «Физические основы пластической деформации» (6-й семестр). 

Цель практических занятий - закрепить соответствующий лекционный материал, привить необходимые инженеру-обработчику металлов давлением навыки по оценке фазового состава, морфологии и 
количественного соотношения структурных составляющих сталей и 
сплавов, выбору сталей и сплавов с заданными свойствами для конкретного применения, назначению режимов их термической и термомеханической обработок; научить анализу диаграмм деформации 
для выбора условий пластической деформации сталей и сплавов, ознакомить с механизмами пластического течения металлов в разных 
условиях деформации. 

Каждое практическое занятие, как правило, рассчитано на два часа. В практикуме приведены типовые задачи, однако преподаватель 
может предлагать для решения и другие аналогичные задачи. Основная часть занятия - индивидуальное или коллективное решение задач 
и обсуждение хода и правильности их решения. 

4 

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ 

Практическое занятие 1. 

Полиморфные превращения. 

Превращения при нагреве стали 

Цель занятия - научиться анализировать условия и определять 
возможности протекания полиморфных превращений в сплавах по 
данным об их термодинамических характеристиках и особенностям 
структуры; анализировать кинетические и структурные процессы 
при образовании аустенита в сталях. 

Теоретический материал, необходимый для подготовки к практическому занятию, изложен в [1, с.7- 22, 83 –109; 2, с. 100- 108, 
120 - 136]. 

Задачи 

1. Две модификации сплава (а и Р) имеют при Г= О К свободные 
энергии F o„ > Fop и удельные теплоемкости с„ > ср. Пойдет ли в этом 
сплаве полиморфное превращение? 

2. Две модификации сплава (а и Р) имеют при Г= О К свободные 
энергии F o„ < Fop и удельные теплоемкости с„ > ср. Пойдет ли в этом 
сплаве полиморфное превращение? 

3. Две модификации сплава (а и Р) имеют при Г= О К свободные 
энергии Foa < F oр и удельные теплоемкости Са < ср. Пойдет ли в этом 
сплаве полиморфное превращение? 

В сплаве возможны два механизма полиморфного превращения: 
диффузионный и сдвиговой. Какое превращение при охлаждении 
начнется при более низкой температуре, если размер зерен новой фазы в обоих случаях одинаков? 

у-фазы (Y1 И у2) в сторону зерна y1 Кристалл a1 имеет определенное 

механизмы роста обоих кристаллов а-фазы. 

5. Доэвтектоидную сталь нагревали в аустенитной области со 
скоростями v 1 и v2, причем v 1 > v2. Температуры и время окончания 

5 

гомогенизации аустенита Т1 и Г2, X1 и т2 соответственно. Укажите 

6. Размер зерна аустенита двух сталей меняется при нагреве следующим образом, мкм: 

Температура, Т 

Сталь 1 
Сталь 2 

850 
25 
50 

930 
30 
85 

1100 
200 
120 

Определите тип каждой стали по признаку наследственного зерна. 

7. Стали содержат: 0,8 % С, 0,8 %C+1%V , 0,8 %С+1 % Cr . 
Расположите их в ряд по убыванию размера зерна аустенита при нагреве на одну и ту же температуру в аустенитной области. 

Практическое занятие 2. 

Превращения при охлаждении 

(перлитное, бейнитное, мартенситное) 

Цель занятия - научиться определять структуру и фазовый состав 
и прогнозировать свойства сталей различного химического состава, 
получаемые в результате охлаждения в различных условиях. 

Теоретический материал, необходимый для подготовки к практическому занятию, изложен в [1, с.111 - 159; 2, с.136 - 146, 181 - 218, 
227 - 233]. 

Задачи 

1. Стали с 0,4% С, 0,8% С и 1,6%) С после аустенитизации в однофазной области резко закалили в воде. Укажите структурные составляющие после закалки, сравните твердость сталей. 

2. Мартенситные точки трех сталей: М^1 = 100 °С, Мн2 = 400 °С, 
Мн3 = 250 °С. Расположите стали в ряд по убыванию содержания 
углерода. 

3. Расположите следующие стали в ряд по мере убывания критической скорости охлаждения: 0,2% С, 0,4% С, 0,8 % С, 1,0 % С, 
1,2% С. 

4. Сравните температуры М^ сталей с 0,8% С и 0,8% С+0,8% Сr, 
зная, что хром увеличивает модуль упругости аустенита. 

6 

5. Стали с 0,2% С, 0,8% С, 2% С после аустенитизации в однофазной области резко закалили в воде. Укажите структурные составляющие после закалки, сравните твердость сталей. 

6. Кристаллы мартенсита в стали представляют собой тонкие 
двойникованные пластины. Укажите тип кинетики мартенситного 
превращения, по которому они образовались, и структурноморфологический тип мартенсита. 

7. Расположите следующие стали в ряд по мере убывания критической скорости охлаждения: 0,4 % С, 0,8 % С, 0,8 % С+2 % Mn. 

8. Стали с 0,5%) С и 1,5%) С охладили в воде до комнатной температуры, измерили твердость, затем охладили до температуры жидкого азота (–196 °С), отогрели до комнатной температуры и вновь 
измерили твердость. Сравните изменения твердости двух сталей при 
первом и втором измерениях. 

9. Стали с 0,35%) С и 1,2%) С охладили в воде до комнатной температуры, измерили твердость, затем охладили до температуры жидкого азота (–196 °С), отогрели до комнатной температуры и вновь 
измерили твердость. Сравните изменения твердости двух сталей при 
первом и втором измерениях. 

10. Расположите следующие стали в ряд по мере возрастания критической скорости охлаждения: 0,35% С, 0,5% С, 0,8% С, 1,2% С, 
1,3% С. 

11. Мартенситные 
точки 
трех 
сталей: 
М,1 = 300 °С, 

М^2 = 150 °С, М^3 = 250 °С. Расположите стали в ряд по убыва
нию содержания углерода. 

12. Как и за счет чего влияют углерод и легирующие элементы на 
прочность мартенсита? 

13. В чем причина остановки роста кристалла мартенсита? В какой стали - 40Х или 9ХС превращение остановится раньше? 

14. Какие структурно-морфологические особенности имеет мартенсит сталей 30 (Мн = 380°С), 18Х2Н4МА (М, = 336 °С), и 9ХФ 
(Мн = 215 °С)? 

15. Для стали 40 повышение температуры нагрева под закалку с 
800 до 900 °С не приводит к изменению соотношения степени тетра
7 

тональности мартенсита da. Как изменится это соотношение для 
стали У10, закаленной после нагрева при таких же температурах? 

16. Если а0,2 = ае + Л-рn, где а0,2 - предел текучести мартенсита; 
ае - напряжение деформации собственно тетрагональной решетки; 
р - плотность дислокаций, Каn 
– постоянные, то за счет каких ве
17. Чем отличается остаточный аустенит одной и той же стали 
после закалки на бейнит и мартенсит? Почему? 

18. В чем заключаются структурные отличия верхнего и нижнего 
бейнита и как это влияет на свойства стали? 

19. Стали с 0,8% С и 0,8% С + 2% Мп охлаждали с одинаковой скоростью для получения перлитной структуры. Какая сталь имеет большую твердость по завершении перлитного превращения и почему? 

20. Определите массовые доли фазовых составляющих в стали с 
1,2% С после отжига, учитывая, что цементит содержит 6,67% С масс. 

21. Определите массовые доли структурных составляющих в стали с 
0,4% С после отжига, учитывая, что цементит содержит 6,67% С масс. 

22. Нелегированная сталь и сталь, легированная 3%) Cr, после горячей прокатки имеют в структуре 100%) перлита. В какой стали содержится больше углерода? 

23. Перлитное превращение в стали с 0,8%) С в ходе изотермиче
рывном охлаждении перлитное превращение началось при темпера
24. Эвтектоидную сталь после аустенитизации охлаждали со скоростями v1, v2, v3. В результате получили твердости HB1 = 300, 
ПВ2 = 200, ПВ3 = 250. Укажите соотношение между v 1, v2, v3; назовите соответствующие структурные составляющие. 

25. Стали с 0,8%) С и 0,8%) С+2%) Cr охлаждали с одинаковой скоростью для получения перлитной структуры. Какая сталь имеет большую 
твердость по завершении перлитного превращения и почему? 

8 

26. Стали с 0,8% С и 0,8% С+0,8% Ni охлаждали с одинаковой 
скоростью для получения перлитной структуры. Какая сталь имеет 
большую твердость по завершении перлитного превращения? 

Практическое занятие 3. 

Превращения при отпуске 

закаленной стали 

Цель занятия - научиться анализировать изменения структуры и 
свойств при отпуске закаленных сталей разного состава; назначать 
режимы отпуска сталей и выбирать стали для получения требуемого 
комплекса свойств с учетом явлений отпускной хрупкости. 

Теоретический материал, необходимый для подготовки к практическому занятию, изложен в [1, с. 159 – 174; 2, с. 305 - 331]. 

Задачи 

1. Нарисуйте графики изменения характеристик твердости, пластичности, прочности и ударной вязкости углеродистой машиностроительной стали при отпуске. Назовите структурные причины 
этих изменений. 

2. С чего начинается процесс распада мартенсита? Почему элементарные процессы при отпуске имеют определенную последовательность? 

3. Какие особенности в процессах отпуска следует ожидать в 
сталях 50ХГФА (0,5%) С, Р/о Cr , 1% Mn, 0,25% V) и 55С2 (0,55%) С, 
2% Si) по сравнению с процессами в закаленной стали 50? 

4. Рекомендуйте термообработку вала из стали 40. Требуемая 
твердость 35- 42 HRC. 

5. Почему для подавления отпускной хрупкости второго рода в 
стали для массивных деталей вводят молибден, а для тонких можно 
найти более экономичный путь? Каков он? 

6. Что происходит с углеродом, растворенным в мартенсите стали, при отпуске в интервале 100 - 600°С? Какую температуру можно 
считать граничной между областями существования мартенсита отпуска и феррита? 

7. Чем различаются начальные стадии отпуска закаленных сталей 30 и ШХ15 (1% С, 1,5% Cr)? 

9 

8. Сравните закономерности изменения твердости закаленных 
сталей с 0,4% С и 1,3% С при повышении температуры отпуска до 
300 °С. Если есть различия, то в чем их причина? 

9. Сталь 37ХНЗА после закалки и отпуска при 250 °С имеет предел прочности 1700 МПа и KCU = 0,3 МДж/м2. Можно ли, повышая 
температуру отпуска, получить следующее сочетание этих свойств: 
1600 МПа и 0,4 МДж/м2? 

10. Деталь из хромоникелевой стали после закалки и высокого 
отпуска имеет пониженную вязкость. В чем причина брака и как его 
устранить? 

11. Какая структура получается после низкого отпуска в стали 45 
и какая после высокого отпуска? 

12. При какой температуре отпуска можно в углеродистой стали 
получить троостит? 

13. При какой температуре отпуска закаленной стали начинается 
интенсивный рост частиц цементита? 

14. Каково назначение высокого отпуска (600 - 650 °С) при термической обработке крупных поковок: 1) коагуляция цементита; 2) 
упрочнение; 3) удаление водорода; 4) рекристаллизация? 

Практическое занятие 4. 

Виды термической обработки. 

Получаемые структура, свойства 

Цель занятия - научиться обосновывать и назначать режимы термической обработки различных сталей конкретного назначения с целью получения заданных структуры и свойств. 

Теоретический материал, необходимый для подготовки к практическому занятию, изложен в [1, с.264 - 340; 2, с. 11 - 24, 32 - 56, 61 65, 73 - 99, 146 -164, 223 - 227, 233 - 246]. 

Задачи 

1. Укажите способ и режимы обработки стали 18ХГТ, обеспечивающие возможность применения ее для изготовления шестерен. 

2. Имеются три образца проволоки из стали У8А после разных 
обработок: закалка, патентирование + холодная деформация, закалка 

10 

+ отпуск 650 °С. Рассортируйте образцы по обработкам, если известны их пределы прочности: 4000; 800; бООМПа (в последнем случае преждевременное разрушение). 

3. Предложите 
термообработку 
для 
азотирования 
стали 
38Х2МЮА. Какими свойствами она будет обладать? 

4. Опишите термообработку, позволяющую использовать сталь 
60С2 в качестве пружинной. Какими свойствами она должна обладать? 

5. При каких температурах проводят отпуск закаленной цементованной стали? 

6. Опишите термообработку, позволяющую использовать сталь 
12ХМ для холодной штамповки. Какими свойствами она должна 
обладать? 

7. Предложите термообработку стали ЗОХГСА для получения 
следующих свойств: ав= 1100 МПа, и, = 850 МПа, 5 = 10 %, W = 45%, 
KCU = 0,5 МДж/м2. Обоснуйте свой выбор. 

8. Предложите термообработку для цементации стали 15Х. Какими свойствами она будет обладать? 

9. Какими свойствами (а^, ат, 8, Ч", KCU) будет обладать сталь 
20 после нормализации? 

10. Укажите улучшаемые и цементуемые стали из следующего 
ряда сталей: 10, 15, 25, 30, 35, 40, 45. 

11. Среднеуглеродистая 
хромоникелевая 
машиностроительная 
сталь после закалки и отпуска при 250 °С имеет и^ = 1700 МПа и 
KCU = 0,3 МДж/м2. Можно ли найти режим термообработки этой 
стали, который бы обеспечил следующий комплекс свойств: 
ав = 1500 МПа и KCU = 0,5 МДж/м2? 

12. Определите массовые доли фазовых составляющих в сталях с 
0,7% С, 1,3% С, 1,6% С после отжига. 

13. Сталь с 0,45% С имеет сквозную прокаливаемость в сечении 
12 мм. Прокалятся ли насквозь в этом же сечении стали с 0,25% С 
и 0,8% С? 

14. Сталь с 0,5% С имеет сквозную прокаливаемость в сечении 
10 мм. Прокалятся ли насквозь в этом же сечении стали с 0,35% С 
и 0,7% С? 

11 

15. Определите массовые доли фазовых составляющих после длительной выдержки сталей с 0,4; 0,8 и 1,2% С при 730 °С. 

16. Как и почему изменится прокаливаемость сталей 40 и У10, если повысить температуру аустенитизации с 800 до 900 °С? 

17. Каким образом увеличить прокаливаемость доэвтектоидной 
стали, не изменяя ее состава? 

18. В какой из сталей: 50, У8, У10, ШХ15, можно получить максимальную твердость после закалки? Твердость какой стали будет 
наибольшей после отпуска при 180Т в течение 1 ч? 

19. Укажите температуры нагрева под закалку сталей 40, 60, У7, 

У12, 30, УЮ
20. Как и почему изменится прокаливаемость сталей 35 и У12, еели повысить температуру нагрева под закалку с 750 до 880 °С? 

21. Закалке подвергнуты стали 12Х1МФ (перлитного класса) и 
12Х18Н10Т (аустенитного класса). Каковы цели закалки и в чем их 
различие? 

22. Как изменится закаливаемость сталей 45 и У10 при повышении температуры нагрева под закалку с 800 до 900 °С? 

23. Для изделия очень сложной формы требуется поверхностная 
твердость > 67 HRC. Какой метод обработки следует применить: а) 
поверхностную закалку; б) азотирование? 

24. Стальные отливки после диффузионного отжига имеют пониженную вязкость. Установите наиболее вероятную причину брака и 
метод его устранения. 

25. Деталь при ступенчатой закалке после изотермической выдержки охлаждалась в воде. Обнаружены закалочные трещины. Установите наиболее вероятную причину брака и метод ее устранения. 

26. Какова термическая обработка сортового проката из шарикоподшипниковой стали? 

Практическое занятие 5. 
Конструкционные стали 

Цель занятия - научиться выбирать конструкционные стали для 
конкретного назначения и условий эксплуатации, назначать их тер
12 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину