Контрольная работа по материаловедению на тему Какова структура этого сплава при комнатной температуре после медленного охлаждения и как этот сплав называется?

При многократном отпуске из остаточного аустенита выделяются карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он претерпевает мартенситное превращение.
Отпуск производится при температуре 5500С, с выдержкой в течение часа и охлаждением на воздухе до 200С.
Подъемно-транспортное оборудование: используем однобалочный ручной мостовой кран, тележки.
Оборудование для нагрева: для закалки - четырех - тигельная печь - ванна. Для отпуска - колпаковая печь.
Оборудование для охлаждения: охлаждение осуществляется в механизированном закалочном баке.
Дополнительное оборудование: очистка от масла производится в конвейерной моечной машине типа ММК; очистка от окалины осуществляется в травильной машине с краном.
Твердость быстрорежущей стали марки Р6М5К5 после термической обработки составляет 64 НRС. В структуре стали остается приблизительно 2% остаточного аустенита, который немного снижает твердость стали и вызывает внутренние напряжения за счет того, что аустенит и мартенсит в пространстве занимают разные объемы. Сталь марки Р6М5К5 обладает повышенной вязкостью.
В качестве дополнительной обработки мы выбрали низкотемпературный отпуск для снятия напряжения после шлифования и заточки без снижения твердости, а также повышения стойкости инструмента при резании.
Режим дополнительного отпуска режущего инструмента: нагрев до температуры 240 - 2600С и выдержка в течение 1 - 4 часов.



5. Для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания выбран сплав АК4. Укажите состав и способ изготовления деталей из этого сплава. Приведите характеристики механических свойств АК4 при повышенных температурах и объясните, за счет чего они достигаются.
Сплав АК4 относится к сплавам, разработанным на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe
Таблица: Химический состав сплава АК4
Cu Mg Mn Ni Fe Si Ti
4,0 0,6 - 2,0 0,75 0,75 -

К этой группе относятся прежде всего сплавы АК3, АК2, АК4-1, которые по фазовому составу, следовательно и по свойствам, резко отличаются от сплавов типа дуралюмина. Это деформируемые сплавы (ковочные).
Эти сплавы нашли наиболее широкое применение для ковки штамповки поршней, картеров и др. деталей, работающих при повышенных температурах.
Для повышения прочностных свойств в алюминий вводят легирующие элементы, наиболее распространенными из которых являются медь, цинк, кремний, магний, марганец, литий. Все диаграммы состояний алюминия с легирующими элементами одного типа - эвтектические с ограниченной растворимостью второго компонента.
Проанализируем, какие структуры могут иметь алюминиевые сплавы. Для этого рассмотрим кристаллизацию и формирование структур сплавов I, II, III и IV (рис. 3).


Рис. 3. Типичная диаграмма алюминиевых сплавов

Фазами в диаграмме являются: жидкость,  твердый раствор легирующего элемента в алюминии и упрочняющая интерметаллидная фаза AlxMу.
Сплав I при комнатной температуре имеет структуру твердого раствора, т.к. после завершения кристаллизации в точке 2 никаких фазовых превращений не происходит. Кристаллизация сплава II происходит следующим образом: от точки 1 до точки 2 из жидкости выделяются кристаллы твердого раствора и в точке 2 кристаллизация заканчивается. От точки 2 до точки 3 сплав охлаждается без фазовых превращений. Ниже точки 3, лежащей на линии предельной растворимости, из раствора выделяется фаза AlxMу. Следовательно, структура сплава II при комнатной температуре состоит из -раствора и интерметаллидной (вторичной) фазы, расположенной по границам зерен твердого раствора.
Кристаллизация сплава III от точки 1 до точки 2 происходит с образованием твердого раствора и заканчивается в точке 2 выделением из жидкости эвтектики. При комнатной температуре этот сплав имеет структуру твердого раствора и эвтектики. Структура сплава IV состоит из одной эвтектики, которая образуется при кристаллизации из жидкости в точке 1.
Изделия из деформируемых сплавов получают обработкой давлением: прокаткой, волочением, ковкой, горячей объемной и листовой штамповкой и т.д. Поэтому деформируемые сплавы должны обладать высокой пластичностью. Наибольшую пластичность имеют сплавы со структурой твердого раствора. Интерметаллидная фаза пластичность ухудшает. С увеличением количества интерметаллидной фазы пластичность падает, а прочность возрастает до определенного предела, устанавливаемого экспериментально для каждого сплава, после которого сплав становится хрупким.
Максимальное содержание легирующих элементов в сплавах алюминия установлено экспериментально и не превышает: марганца  1,6%, кремния  13,0%, меди  5,3%, магния  11,5%, цинка  14,0%, лития  4,5%. Анализ приведенных диаграмм состояний показывает, что только сплавы алюминия с кремнием имеют в структуре эвтектику, остальные же имеют структуру твердого раствора  и выделения интерметаллидной фазы по границам зерен. Сплавы АК2, АК4, АК4-1 способны упрочняться термообработкой, степень их упрочнения зависит от легирующих элементов и степени легированности. В литом состоянии любой деформируемый сплав имеет структуру, состоящую из зерен твердого раствора, по границам которого расположены выделения интерметаллидных фаз. Чем сложнее химический состав сплава, тем сложнее состав интерметаллидов. После термообработки (закалки и старении) эти интерметаллидные фазы играют роль упрочнителей сплава, причем эффективность упрочнения тем выше, чем сложнее кристаллическая решетка фазы. Близкие к дюралюминам по составу, но с добавками кремния, - это ковочные сплавы АК2, АК4, АК6, названные так потому, что используются для получения поковок и штамповок.
Рассмотрим процесс термического упрочнения на примере сплава, не содержащего эвтектики (рис. 4). При формировании структуры слитка или отливки из сплава Х вначале (точки 1-2) кристаллизуются зерна твердого раствора , а затем (точки 3-4) из него на границах зерен выделяется избыточная фаза AlxMу. Схематично эта структура показана на рис.10, а.