Контрольная работа: Материаловедение Схема строения
Количество твердой фазы:
Этот сплав при температуре 1240°С будет состоять из 60,5% жидкого расплава, имеющего состав точки К (2,3% углерода) и из 39,5% кристаллов, имеющих состав точки е (3,8% углерода).
Кривая охлаждения сплава представлена на рис.9.
Рис.9. Кривая охлаждения сплава 2,3% углерода.
Опишите углеродистые конструкционные стали для отливок. Приведите конкретные примеры их применения на подвижном составе.
Углеродистые качественные конструкционные стали маркируют двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Например, сталь 15 содержит в среднем 0,15 % С, сталь 40 — в среднем 0,40 % С и т. д. Если сталь (С < 0,20 %) полностью не раскислена, то в обозначение добавляют индексы кп — кипящая, пс — полуспокойная. Так, сталь 08кп содержит 0,08 % С кипящая; сталь 20пс содержит 0,20 % С, полуспокойная. Для спокойных сталей индекс не указывается.
Углеродистые качественные инструментальные стали маркируют буквой У и следующей за ней цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента. Так, У8 означает, что сталь углеродистая инструментальная качественная содержит в среднем 0,8 % С. Сталь У12 — углеродистая инструментальная качественная, содержит в среднем 1,2 % С. Если сталь высококачественная, то справа от цифры ставится буква А, например, У8А, У12А.
В легированных сталях содержатся специально вводимые в различных количествах легирующие элементы.
Легирующие элементы в стали обозначают русскими буквами: марганец — Г; кремний — С; хром — X; никель — Н; вольфрам — В; ванадий — Ф; титан — Т; молибден — М; кобальт — К; алюминий — Ю; медь — Д; бор — Р; ниобий — Б; цирконий — Ц; фосфор — П; азот — А, если буква А находится в середине марки.
Цифры после буквы указывают примерное содержание данного легирующего элемента, округленное до целого числа процентов. Если после буквы цифра не поставлена, то это означает, что среднее содержание легирующего элемента меньше или около 1 %.
В конструкционных легированных сталях две цифры в начале марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Так, сталь состава 0,36—0,44 % С и 0,8—1,1 % Сг маркируют 40Х; сталь состава 0,27— 0,34 % С; 2,3—2,7 % Сг; 0,2—0,3 % Мо; 0,06—0,12 % V маркируют ЗОХЗМФ.
К конструкционным сталям, применяемым для изготовления разнообразных деталей машин и конструкций, предъявляют следующие требования: высокий комплекс механических свойств, обеспечивающих надежную и длительную работу машин, эксплуатацию конструкций; технологичность, т. е. хорошая обрабатываемость давлением, резанием, свариваемость и пр.; низкая стоимость и доступность. Легированные стали должны содержать по возможности меньше дорогих и дефицитных легирующих элементов.
Детали машин и конструкций в работе испытывают действие различных нагрузок: статических, динамических, повторно переменных. Поэтому конструкционные стали должны обладать высоким комплексом стандартных механических свойств, определяемых при разных способах нагружения. Однако эти свойства полностью еще не гарантируют надежную и длительную работу изделия. Необходимо учитывать, что в реальных условиях эксплуатации действуют факторы, которые могут снижать пластичность и ударную вязкость и увеличивать опасность хрупкого разрушения. Это подтверждается случаями внезапного хрупкого разрушения изделий, изготовленных из сталей высокой пластичности (подвесных мостов, рельсов, автомобильных осей и др.). К факторам, увеличивающим склонность сталей к хрупкому разрушению, относятся концентраторы напряжений, которые всегда имеются в реальных деталях; понижение температуры, увеличение скорости нагружения и др.
Для обеспечения работоспособности деталей необходимо, чтобы конструкционная сталь обладала высокой конструктивной прочностью. Под конструктивной прочностью подразумевают такую прочность, которую сталь имеет в реальных условиях ее применения (в виде конкретных деталей). Конструктивную прочность можно определить, если испытать образцы или детали в условиях, близких к эксплуатационным (при рабочих температурах, в эксплуатационной среде, при наличии концентраторов напряжений и т. д.), а также по показателям надежности и долговечности.
Надежность — это свойство материала противостоять хрупкому разрушению. Для предупреждения внезапных хрупких поломок высоконагруженных деталей важно учитывать не только пластичность и ударную вязкость стали, но и параметры конструктивной прочности, характеризующие ее надежность: ударную вязкость, температурный порог хладноломкости, вязкость разрушения.
Долговечность — это свойство материала сопротивляться развитию постепенного разрушения и потере работоспособности в течение заданного времени (ресурса). Потеря работоспособности может быть вызвана различными причинами: развитием 
процессов усталости, изнашиванием детали, коррозией и др. Все эти процессы приводят к постепенному накоплению повреждений и разрушению материала. Для обеспечения долговечности важно уменьшить до допустимого уровня скорость развития процессов разрушения.
Высокая конструктивная прочность стали достигается путем рационального выбора химического состава, режимов термической обработки, методов поверхностного упрочнения, улучшением металлургического качества.
Решающая роль в составе конструкционной стали отводится углероду. Углерод повышает прочность стали, но снижает ее пластичность и вязкость, повышает порог хладноломкости, увеличивая чувствительность к хрупкому разрушению. Поэтому содержание углерода в конструкционных сталях регламентировано и редко превышает 0,6 %.
Большое влияние на конструктивную прочность стали оказывают легирующие элементы. Повышение конструктивной прочности при легировании связано с обеспечением высокой прокаливаемостью, уменьшением критической скорости закалки, измельчением зерна, упрочнением феррита и другими факторами. Одним из наиболее важных факторов является повышение прокаливаемости.
В зависимости от применения в конкретных деталях и узлах конструкционные стали подразделяют на строительные, машиностроительные, пружинные, шарикоподшипниковые, высокопрочные и др.
К конструкционным строительным сталям относятся углеродистые стали обыкновенного качества и низколегированные конструкционные стали, содержащие недорогие и доступные легирующие элементы (обычно до 2,5 %).
Углеродистые стали обыкновенного качества - это наиболее дешевые стали, которые производят в большом количестве. Из них изготовляют горячей прокаткой балки, прутки, швеллеры, уголки, листы, трубы и т. п. В горячекатаном состоянии стали имеют феррито-перлитную структуру. Обычно их применяют без упрочняющей термической обработки.
В зависимости от назначения и гарантируемых свойств углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трех групп — А, Б и В (по ГОСТ 380—71).
Маркируют стали обыкновенного качества буквами Ст и условным номером от 0 до 6. Если сталь относится к группе А, то обозначение группы в марке не указывают: СтО, Ст1, Ст2...Стб. Если сталь относится к группе Б, то в начале марки ставят букву «Б»: БСтО, БСт1, БСт2...БСт6. Если сталь принадлежит к группе В, то в начале марки ставят букву «В»: ВСт1, ВСт2,...ВСт5.
Стали всех групп с номерами марок 1—4 производят кипящими, полуспокойными и спокойными, а с номерами 5 и 6 только полуспокойными и спокойными. Сталь марки СтО по степени раскисленности не разделяют. Кипящие стали маркируют в конце марки индексом кп, полуспокойные пс, спокойные сп.
Углеродистые стали обыкновенного качества всех трех групп применяют в сварных, клепаных, соединенных болтами металлических конструкциях и сооружениях, а также для изготовления слабонагруженных деталей машин.