Материаловедение

Негосударственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Нефтяной техникум»

 

Материаловедение

контрольное задание для студентов – заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности

 

«Оператор по добыче нефти и газа»

 

 

Группа 15

Выполнил студент :Лукоянов Егор

 

Вариант 10

1. Определите предел прочности при растяжении, если образец из углеродистой стали диаметром 20 мм при испытании на растяжение выдержал наибольшую нагрузку, равную 15700 Н.

2. Пользуясь диаграммой "Железо —цементит", вычерченной в масштабе, определите структурные составляющие сплавов с содержанием углерода 3%, 4,3% и 5% при температуре 20°С и 730 °С; выявленные структуры охарактеризуйте.

3. В чем сущность отжига и как он производится? Назовите виды
отжига, для каждого вида укажите назначение, температуру нагрева и структурные составляющие.

4. Охарактеризуйте свойства, состав, принцип маркировки и укажите назначение сплавов ЛЖМЦ59 -1 -1, БрАЖ9 - 4, Т5К10, 9ХС, КЧ56 - 4.

5. Назовите несколько видов пластмасс, применяемых в нефтяной и газовой промышленности для изготовления труб, их свойства, и преимущества по сравнению со стальными трубами.

 

1 . Металлы – наиболее распространенные и широко используемые материалы в производстве и в быту человека. Особенно велико значение металлов в наше время, когда большое их количество используют в машиностроительной промышленности, на транспорте, в промышленном, жилищном и дорожном строительстве, а также в других отраслях народного хозяйства . . Характеристики прочности и пластичности определяются при испытании на растяжение. Способы определения твердости находят очень широкое применение, так как не требуют специальных образцов, просты в выполнении. Испытания проводят на разрывных машинах с автоматической записью диаграммы растяжения. Твердость металлов испытывают путем вдавливания в него под определенной нагрузкой стального шарика, алмазного конуса или пирамиды (рис.11) и оценивают по величине произведенной пластической деформации (отпечатку). В зависимости от вида используемого наконечника и критерия оценки различают твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.
Временное сопротивление (предел прочности) σ_в- напряжение, равное отношению наибольшей нагрузки, предшествовавшей разрушению образца, к первоначальной площади сечения образца. Временное сопротивление можно отождествлять с пределом прочности только для хрупких материалов, разрушающихся без образования шейки. Для пластичных материалов это характеристика своеобразной потери устойчивости при растяжении, т. е. характеристика сопротивления значительным пластическим деформациям. Твердость металлов по Бринеллю рассчитывают по формуле:

НВ=Р/D
Где Р- нагрузка, (Н); D- диаметр стального шарика, (ммРешение нашей задачи: Дано:P= 15700 D=2

Находим предел прочности : НВ=Р/D = 15700 /2 = 785 Мпа .

Ответ :Предел прочности при растяжении углеродистой стали =785 Мпа.

2 Диаграмма фазового равновесия (диаграмма состояния) железо-углерод (иногда говорят железо-цементит) — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.

Железо образует с углеродом химическое соединение Fe₃C цементит. Так как на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода до 6,67 %, то рассматриваем часть диаграммы состояния от железа до цементита. Поскольку цементит - фаза метастабильная, то и соответствующая диаграмма называетсяметастабильной (сплошные линии на рисунке).

 

 

 

1. Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.

2. Феррит — Твёрдый раствор внедрения углерода в α-железе с ОЦК (объёмно-центрированной кубической) решёткой.

Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную — 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную — 0,02 % при температуре 727 °C (точка P). Атомы углерода располагаются в центре грани или (что кристаллогеометрически эквивалентно) на середине рёбер куба, а также в дефектах решетки.

При температуре выше 1392 °C существует высокотемпературный феррит, с предельной растворимостью углерода около 0,1 % при температуре около 1500 °C (точка I)

Свойства феррита близки к свойствам чистого железа. Он мягок (твердость — 130 НВ) и пластичен, магнитен (при отсутствии углерода) до 770 °C.

3. Аустенит (γ) — твёрдый раствор внедрения углерода в γ-железе с ГЦК (гране-центрированной кубической) решёткой. Атомы углерода занимают место в центре гранецентрированной кубической ячейки. Предельная растворимость углерода в аустените — 2,14 % при температуре 1147 °C (точка Е). Аустенит имеет твёрдость 200—250 НВ, пластичен, парамагнитен.

При растворении других элементов в аустените или в феррите изменяются свойства и температурные границы их существования.

4. Цементит (Fe₃C) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), со сложной ромбической решёткой, содержит 6,67 % углерода. Он твёрдый (свыше 1000 HВ), и очень хрупкий. Цементит фаза метастабильная и при длительным нагреве самопроизвольно разлагается с выделением графита.

В железоуглеродистых сплавах цементит как фаза может выделяться при различных условиях:

· — цементит первичный (выделяется из жидкости),

· — цементит вторичный (выделяется из аустенита),

· — цементит третичный (из феррита),

· — цементит эвтектический и

· — эвтектоидный цементит.

Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зёрен аустенита (после эвтектоидного превращения они станут зёрнами перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зёрен.

Эвтектический цементит наблюдается лишь в белых чугунах. Эвтектоидный цементит имеет пластинчатую форму и является составной частью перлита.

Цементит может при специальном сфероидизируюшем отжиге или закалке с высоким отпуском выделяться в виде мелких сфероидов.

Влияние на механические свойства сплавов оказывает форма, размер, количество и расположение включений цементита, что позволяет на практике для каждого конкретного применения сплава добиваться оптимального сочетания твёрдости, прочности, стойкости к хрупкому разрушению и т. п.

5. Графит — фаза состоящая только из углерода со слоистой гексагональной решёткой. Плотность графита (2,3) много меньше плотности всех остальных фаз (около 7,5 — 7,8) и это затрудняет и замедляет его образование, что и приводит к выделению цементита при более быстром охлаждении. Образование графита уменьшает усадку при кристаллизации, графит выполняет роль смазки при трении, уменьшая износ, способствует рассеянию энергии вибраций. Графит имеет форму крупных крабовидных (изогнутых пластинчатых) включений (обычный серый чугун) или сфероидов (высокопрочный чугун). Графит обязательно присутствует в серых чугунах и их разновидности — высокопрочных чугунах. Графит присутствует также и в некоторых марках стали — в графитизированных сталях.

3 . Нагрев стали до заданной температуры, выдержка при достигнутой температуре и последующее медленное охлаждение называются отжигом.

Нагрев при отжиге осуществляется в камерных печах периодического или непрерывного действия. Охлаждение до температуры 500 - 400°С ведется с очень малой скоростью, чаще всего вместе с печью. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры может производиться на воздухе.

Отжигу подвергаются обычно заготовки перед механической обработкой.

Различают следующие виды отжига: полный, неполный, отжиг на зернистый перлит, изотермический, диффузионный, рекристаллизационный.

При полном отжиге сталь нагревается до температуры на 30 - 50° выше критической точки Ас₃ и выдерживается при этой температуре до полной перекристаллизации. Охлаждение ведется медленно вместе с печью или в горячем песке, золе со скоростью 100 - 200° в 1 ч для углеродистых и 30 - 100° в 1 ч для легированных сталей.

В результате полного отжига сталь приобретает равномерное мелкозернистое строение, снижается твердость, улучшается обрабатываемость, повышается вязкость, снижаются внутренние напряжения. Полному отжигу подвергаются стальные отливки, поковки и прокат из доэвтектоидных сталей.

Нагрев стали до температуры выше критической точки Ас₁, но ниже точки Ас₃, (или Ас_m) с выдержкой для перекристаллизации и последующим медленным охлаждением называется неполным отжигом. При неполном отжиге происходит частичная перекристаллизация. В результате понижается твердость и улучшается обрабатываемость стали, снижаются внутренние напряжения. Неполный отжиг применяется обычно для заэвтектоидных сталей (температура нагрева этих сталей 750 - 760° С).

При изотермическом отжиге нагрев и выдержка для перекристаллизации ведутся, как и при полном или неполном отжиге. После этого изделия быстро охлаждаются до температуры, лежащей на 50 - 100° ниже критической точки Аr, (обычно 650 - 700°). При этой температуре дается выдержка для полного распада аустенита, а затем производится охлаждение на воздухе. В результате изотермического отжига значительно ускоряется процесс термической обработки.

Отжиг на зернистый перлит применяется обычно для инструментальных сталей с целью снижения твердости и улучшения обрабатываемости. Он заключается в нагреве стали до температуры 730 - 770° С, длительной выдержке и медленном охлаждении до 600° С (затем охлаждение на воздухе). В результате такой обработки

пластинки цементита округляются, сфероидизируются, приобретают зернистую форму.

При маятниковом, или циклическом, отжиге на зернистый перлит нагрев до 730 - 740° С и охлаждение до 680° С производятся несколько раз.

 

Когда сталь химически неоднородна, применяется диффузионный отжиг, или гомогенизация. Он заключается в нагреве стали на 150 - 300° выше критической точки АС₃ (до 1050 - 1150°С), продолжительной выдержке при этой температуре для выравнивания химической неоднородности зерен за счет диффузии и медленном охлаждении. Диффузионному отжигу подвергают крупные отливки или слитки.

При ковке, штамповке, прокатке повышается твердость поверхностного слоя стали, понижается пластичность и вязкость, появляются внутренние напряжения, ухудшается обрабатываемость. Для снятия этих неблагоприятных факторов применяется рекристаллизационный отжиг. Он заключается в нагреве до температуры 680 - 700° С (ниже критической точки Ас₁), выдержке и последующем охлаждении. При этом отжиге перекристаллизация не происходит.

 

 

4.

 

ЛЖМц59-1-1 Латунь, обрабатываемая давлением

  Марка : ЛЖМц59-1-1 Классификация : Латунь, обрабатываемая давлением Дополнение: Латунь…  

Химический состав в % материала ЛЖМц59-1-1

   

Литейно-технологические свойства материала ЛЖМц59-1-1 .

Температура плавления :	890 °C
Температура горячей обработки :	650 - 750 °C
Температура отжига :	600 - 650 °C

 

Механические свойства при Т=20oС материала ЛЖМц59-1-1 .

 

Физические свойства материала ЛЖМц59-1-1 .

Коэффициент трения материала ЛЖМц59-1-1 .

Коэффициент трения со смазкой :	0.012
Коэффициент трения без смазки :	0.39

БрАЖ9-4 - Бронза безоловянная, обрабатываемая давлением

 

Химический состав в % материала БрАЖ9-4

Примечание: Cu - основа; процентное содержание Cu дано приблизительно  

Литейно-технологические свойства материала БрАЖ9-4 .

Температура плавления :

1040 °C

 

Механические свойства при Т=20oС материала БрАЖ9-4 .

 

Физические свойства материала БрАЖ9-4 .

Коэффициент трения материала БрАЖ9-4 .

  Т5К10, титановольфрамовые сплавы, имеющие в своем составе карбид титана, карбид вольфрама и кобальт. Обозначается буквами ТК,…

Характеристика стали 9ХС

Химический состав в % стали 9ХС.

Температура критических точек стали 9ХС.

Ac1=770, Ac3(Acm)=870, Ar1=730, Mn=160

Механические свойства при Т=20oС стали 9ХС.

Физические свойства стали 9ХС.

Технологические свойства стали 9ХС.

Обозначения: Механические свойства:   sв - Предел кратковременной прочности, [МПа] sT - Предел…   Физические свойства:   T -…   Свариваемость: без ограничений - сварка производится без подогрева и без…