ДОМАШНЯЯ РАБОТА № 1
Вариант 3
Часть 1
Вычертите диаграмму Pb–Sn (свинец–олово) (рис. П.2). Опишите фазовые превращения в сплаве 40%Sn–60%Pb при охлаждении. Определите для заданного сплава:
а) химический состав фаз (концентрацию компонентов в фазах) при температурах 300, 183, 100 0С;
б) количество каждой фазы при 220 0С;
в) структурные составляющие сплава при комнатной температуре.

Рис.1. Диаграмма состояния системы свинец–олово
В правой части рис.1находится кривая охлаждения сплава 40%Sn–60%Pb (вертикаль l-g-k). На участке о-l сплав находится в жидком состоянии, имеется одна фаза — жидкость.
При дальнейшем охлаждении на участке l-g из жидкости начинают выделяться кристаллы твердого раствора α., т.е имеется две фазы: жидкость и твердый раствор α.
При достижении горизонтальной линии f-g-h из жидкости начинается одновременное выделение двух видов твердых растворов:α+β. Происходит эвтектическая реакция:жидкость→ α+β. В равновесии на линии f-g-h находится три фазы: жидкость, α,β На кривой охлаждения появляется горизонтальный участок g-g1.
На участке g-k происходит охлаждение механической смеси двух твердых растворов α+β, т.е имеется две фазы: α и β На кривой охлаждения участок охлаждения этой механической смеси отображается участком g1-k.
а)Для сплава 40%Sn–60%Pb точка, соответствующая 3000С находится в жидкости, имеющей постоянный состав, поэтому в этом случае можно сказать, что жидкость имеет состав 40%Sn–60%Pb.
В случае 1830С в равновесии будут находиться три фазы: жидкость состава , соответствующего т. h, т.е. имеющей состав 60%Sn–40%Pb твердый раствор α, имеющий состав, соответствующий точке f, т.е. имеющий состав 17% Sn+83% Pb и твердый раствор β , имеющий состав, соответствующий точке m, т.е. имеющий состав 95% Sn+5% Pb. В данном случае происходит эвтектическая реакция: жидкостьh→αf+βm.
Для1000С согласно первого правила отрезков через заданную точку n, находящуюся на пересечении линии l-g-k и линии, соответствующей 1000С ab, проводим горизонтальную линию ab, до пересечения с линиями, ограничивающими данную двухфазную область α+β. Проекции точек пересечения a и b на ось концетраций покажут концентрации компонентов Sn и Pb в фазах α и β. В данном случае в твердом растворе α содержится 8% Sn и 92% Pb (проекция т . a) В твердом растворе β содержится 98% Sn и 2% Pb (проекция т . b).
б) Согласно второго правила отрезков, для того, чтобы определить процентное соотношение фаз для данной двухфазной области, через заданную точку d, находящуюся на пересечении вертикали l-g-k и линии, соответствующей 2200С, проводим горизонтальную линию се до линий, ограничивающих данную двухфазную область. Количества фаз: жидкости и твердого раствора α обратно пропорциональны длинам соответствующих отрезков.
Qжид=cdce•100%=6080•100%=75%
Qα=dece•100%=2080•100%=25%.
в) при комнатной температуре структурные составляющие данного сплава – механическая смесь двух твердых растворов: α+β.
Часть 2
Круглые плашки, предназначенные для обработки низкоуглеродистых сталей, изготовляют из стали ХВСГ.
Вычертите термокинетическую диаграмму превращения переохлажденного аустенита стали ХВСГ. Объясните все линии диаграммы. Покажите на этой схеме выбранный вами режим термической обработки, укажите структуру стали.
Опишите влияние легирующих элементов, входящих в состав стали, на ее свойства и поведение при термической обработке.
Чем можно объяснить недостаточную твердость плашки после окончательной термической обработки? Как исправить этот дефект?
Марка : ХВСГ
Классификация : Сталь инструментальная легированная
Применение: для изготовления инструментов, предназначенных для ручной работы; холодновысадочных матриц и пуассонов; технологической оснастки; деревообрабатывающих инструментов; ножей для бумажной промышленности
Химический состав в % материала   ХВСГ
ГОСТ   5950 — 73,  
C Si Mn Ni
S P Cr
W V Cu
0.95 — 1.05 0.65 — 1 0.6 — 0.9 до   0.25 до   0.03 до   0.03 0.6 — 1.1 0.5 — 0.8 0.05 — 0.15 до   0.3
Температура критических точек материала ХВСГ.
Ac1 = 770 ,      Ac3= 825 , Mn = 240

Рис.2. Термокинетическая диаграмма сали ХВСГ
На рис.2 изображена термокинетическая диаграмма стали ХВСГ или С-кривые.
Левая С-кривая обозначает начало распада аустенита при изотермической выдержке,для различных температур, правая с кривая – конец распада аустенита. Правее нее находится область существования перлита. Мн точка начала мартенситного превращения.
Стали: ХВГ, ХВСГ как заменители стали 9ХС.
Сталь ХВГ легирована хромом, вольфрамом и марганцем; имеет большую закаливаемость и прокаливаемость, чем сталь 9ХС. Твердость более НRС 60 получается по всему сечению цилиндрических образцов диаметром 45—48 мм при закалке с охлаждением в масле В стали ХВГ сохраняется после закалки повышенное количество остаточного аустенита (до 15—18%), что уменьшает коробление и делает ее малодеформирующейся. Наличие такого количества аустенита понижает сопротивление малой пластической деформации и увеличивает чувствительность к шлифовочным трещинам. Недостатками стали ХВГ являются: повышенная карбидная неоднородность (3—4-го балла в прутках диаметром 50—60 мм; в заготовках более крупных сечений наблюдается карбидная сетка), что ведет к выкрашиванию и снижает стойкость инструмента, в связи с чем сталь ХВГ не рекомендуется применять для резьбонарезного инструмента; нестабильная закаливаемость и прокаливаемость — образцы отдельных плавок прокаливаются при охлаждении в масле только в сечениях до 30—40 мм и имеют пониженную твердость. Температура обработки холодом для стали ХВГ минус 55° С; ее отжигают при 770—790° С и закаливают в масле или горячих средах от 820—850° С; отпуск проводят при 160—190 С. Твердость после термической обработки HRC 61—64 (допускается НRС 56—64 в связи с нестабильной закаливаемостью).
Вместо сталей 9ХС и ХВГ применяют сложнолегированную сталь ХВСГ. Сталь ХВГС легирована хромом, вольфрамом и марганцем, следовательно имеет большую прокаливаемость, чем сталь 9ХС . Кремний, как сильный карбидообразователь введен для повышения твердости стали. Кроме того, практически важной особенностью введения легирующих элементов в сталь является их способность замедлять скорость изотермического распада аустенита в районе перлитного превращения, что выражается на С- кривых их сдвигом вправо относительно логарифмической оси времени. Следовательно, для охлаждения стали ХВСГ после нагрева под закалку можно применять более мягкий охладитель, такой , как масло. На рис.2 мы видим, что Vохл≥Vкрит.. Это, в свою очередь, ведет к меньшим внутренним напряжениям в стали после закалки , что выражается в отсутствии закалочных трещин и изменении размеров детали после закалки. Эта сталь лучше закаливается и прокаливается. Образцы из стали ХВСГ небольших сечений (до 20 мм) закаливают с охлаждением на воздухе (HRC 59—60); при охлаждении в масле образцы прокаливаются насквозь в сечении до 100 мм.. Прокаливаемость стали ХВСГ более стабильна по сравнению с прокаливаемостью стали ХВГ за счет меньшего содержания вольфрама (до 0,7—1,0%).. Теплостойкость и распределение карбидов такие же, как и у стали 9ХС. Количество остаточного аустенита после закалки до 12—14%. Твердость в отожженном состоянии НВ 196—217 (отжигают при температуре 770—790° С). Закаливают детали из стали ХВСГ от 860—880° С в масле и отпускают при 160—180° С {HRC 62—64). Сталь ХВСГ используют для круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другого режущего инструмента.
Сталь ХВСГ склонна к обезуглероживанию. Следствием этого может быть недостаточная твердость после закалки и отпуска. Для того, чтобы избежать этого дефекта, рекомендуется использовать нагрев деталей под закалку в расплаве защитных солей или засыпать деталь при нагреве чугунной стружкой.
Кроме того, из рис.2 видно, что точка Мк, а именно точка конца мартенситного превращения отсутствует при положительных температурах. Следовательно, она находится в области отрицательных температур. Для того, чтобы весь остаточный аустенит перевести в мартенсит, для данной стали можно рекомендовать обработку холодам, т. выдержку в среде с отрицательными температурами после закалки и отпуска. Некоторое количество остаточного аустенита перейдет в мартенсит и твердость детали возрастет.
Литература
1. Сорокин В.Г. «Марочник сталей и сплавов»
2. Журавлёв В.Н. «Машиностроительные стали»
3. Марцинковская Е.С. «Технология и оборудование»
4. Астафьев А.А. «Исследование структурных превращений и разработка сталей для машиностроения»
5. Просвирин В.И. «Термическая обработка и превращения в стали»
6. Л.Н. Коноплев, М.С Поярков «Методическое пособие по материаловедению и технологии конструкционных металлов».

ДОМАШНЯЯ РАБОТА № 1 Вариант 3 Часть 1 Вычертите диаграмму Pb–Sn (свинец–олово) (рис