Контрольная работа по "Материаловедению"

1. Правило Курнакова. Каким образом, используя правило Курнакова, можно прогнозировать основные и технологические свойства металлов и сплавов?

2. Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Постройте кривую нагревания (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,4 % С, с указанием структурных превращений. Зарисуйте структуру этого сплава при комнатной температуре. Как такой сплав называется?

3. Почему для изготовления инструмента применяется сталь с исходной структурой зернистого перлита? В результате какой термической обработки можно получить эту структуру?

4. Изделия из стали 45 требуется подвергнуть улучшению. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.

5. Для изготовления молотовых штампов выбрана сталь 5Х2МНФ: а) расшифруйте состав и определите группу стали по назначению и теплостойкости; б) назначьте и обоснуйте режим упрочняющей термической обработки; в) объясните цель легирования данной стали; г) укажите структуру и свойства стали после упрочняющей обработки.

6. Опишите композиционные материалы с одномерными наполнителями. Дайте характеристику их основных представителей. Укажите их свойства и применение.

1. Правило Курнакова. Каким образом, используя правило Курнакова, можно прогнозировать основные и технологические свойства металлов и сплавов?

Правило Курнакова (рис. 1) характеризует взаимосвязь физико-механических свойств и состава сплава:

• в однофазной области зависимость «состав-свойство» имеет нелинейный характер;
• в двухфазной области зависимость «состав-свойство» имеет линейный характер;
• при концентрации компонентов, соответствующей химическому соединению, на зависимости «состав-свойство» имеет место сингулярная точка.

[pic 1]

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая правило Н.С. Курнакова:

а – сплавы с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и эвтектическим превращением; б – сплавы образуют непрерывный ряд твердых растворов

Впервые на связь между видом диаграммы состояния и физико-механическими свойствами сплавов указал Н.С. Курнаков в начале XX века. В современном материаловедении взаимосвязь состава сплавов и их физико-механических свойств называют правилом Н.С. Курнакова: в области однофазного твердого раствора (α, β) свойства сплава в зависимости от концентрации компонентов изменяются нелинейно (по закону цепной линии) (см. рис. 1а).

Для твердых растворов такие свойства, как твердость НВ, удельное электросопротивление и др., всегда превосходят аналогичные свойства исходных компонентов. Прочность сплава может превышать прочность компонентов не более чем на 80%, а электросопротивление сплава может превышать аналогичный показатель компонентов до 2-3 раз. ·

В области двухфазных механических смесей (α+β) свойства сплавов аддитивны к концентрации компонентов, т.е. изменяются линейно между значениями свойств сплавов, ограничивающих двухфазную область (см. рис. 1б).

В сплавах, кристаллизующихся по диаграмме эвтектического типа, аддитивность свойств может быть нарушена неравновесностью структуры, связанной с особыми условиями образования эвтектики. Эвтектические сплавы, закристаллизовавшиеся быстро (например, отлитые в холодную металлическую форму), имеют более дисперсное (более мелкозернистое) строение эвтектики и существенно более высокую (иногда в два раза) твердость, чем такие же сплавы, закристаллизовавшиеся медленно. ·

Для сплавов, соответствующих химическому соединению, на диаграмме «состав-свойство» смеет место сингулярная точка, т.е. свойства сплава достигают экстремума.