Содержание
1. (15.1,15.5,19.4). Сталь 30ХГС обработали по двум режимам: а) закалка 800 °С в воду и отпуск 520 °С, б) закалка 880 °С в селитре при 300 °С. Будут ли отличаться структура и свойства стали? Как? Почему?
2. (16.2,16.3). Образцы из стали 40Г2 закалили с 850 и 950 °С в воду. В каком случае будет выше твёрдость? Почему?
3. (15.8,16.5,19.4). Предложить режим термообработки стали 50 для получения твёрдости 38-42 HRC и высокого предела упругости.
4. (16.1,17.2). После цементации стали 18ХГТ в структуре слоя обнаружено повышенное количество остаточного аустенита. Что явилось причиной? Предложить режим термообработки для уменьшения количества остаточного аустенита в слое.
5. (16.3,19.3). Какой способ поверхностного упрочнения следует применить для получения поверхностного упрочненного слоя толщиной 0,4 мм в деталях из сталей: 30Х3МФЛ, 12Х3МЛ, 55РП. Предложите режим предварительной и окончательной термообработки
6. (16.1,17.2,19.3). Детали из стали 20 подвергли цементации при 930°С в течении 8 часов в твердом карбюризаторе и газовой цементации. После какой обработки больше глубина слоя и выше его твёрдость?
7. (16.2). У какой стали выше прокаливаемость: 40, У13, 9Х? Почему? Предложить режимы термообработки для получения максимальной твёрдости.
8. (16.5). Поковки из сталей 40ХН и 40ХНМФА закалили с 800 °С в масле и отпустили при 500 °С, охлаждение вместе с печью. У какой стали будет выше ударная вязкость? Почему? Как повысить ударную вязкость сталей?
9. (17.2). Детали из стали 20 подвергли цементации при 930 °С в течении 8 часов в твердом карбюризаторе и газовой цементации. После какой обработки больше глубина слоя и выше его твёрдость?
10. (16.5). Какая сталь более склонна к обратимой отпускной хрупкости 40ХНЛ, 40ДЛ или 40Х2Н4МА? Почему? Как подавить охрупчивание при отпуске?
11. (18.1,19.4,19.5). В каких сталях (40ХФ, Н18К9М5Т, 12Х18Н9, 40Х5МФС, Х12М) возможно дисперсионное твердение (старение), как его использовать для упрочнения?
12. (18.3,18.4,18.5). Чем отличаются стали ШХ15 и ШХ15Ш? В каких свойствах наблюдается наибольшая разница?
13. (18.2,20.1). Как классифицируют легированные стали после отжига? К какому классу относится сталь, содержащая: 1,0 % С, 1,5 % Cr, 0,2 % Si, 0,4 % Mn, 0,025 % S, 0,025 % P?
14. (18.3,18.5). В каких условиях испытаний и эксплуатации проявится увеличение содержания серы с 0,01 до 0,05 %?
15. (21.1). Отливку из стали 12Х18Н9ТЛ нагрели под закалку до 1050 °С и охладили не в воде, а на воздухе. Как изменится коррозионная стойкость и пластичность стали?
16. (19.5). После закалки и отпуска для стали 30ХНЗМА σ0,2 = 160 кг/мм2, а для стали Н18К9М5Т σ0,2 = 220 кг/мм2. Какая из сталей обладает более высокой конструктивной прочностью, если для них КIC = 175 кг/мм3/2? У какой из сталей при этом выше ударная вязкость?
17. (21.1). У какой стали лучше штампуемость из листа: 08Х18Н10Т или 12Х17?
Выдержка из текста работы
1. Выберите углеродистую сталь для изготовления пил. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства инструмента
Для изготовления пил чаще всего применяется инструментальная углеродистая сталь У11А, т.к. острие пилы при трении нагревается до достаточно высокой температуры.
Химический состав приведен в таблице.
|
Массовая доля элемента, % |
|||||
|
Углерода |
Кремния |
Марганца |
Серы |
Фосфора |
|
|
не более |
|||||
|
1,05-1,14 |
0,17-0,33 |
0,17-0,28 |
0,018 |
0,025 |
Термическая обработка состоит из двух этапов: предварительная и окончательная.
Предварительная термическая обработка применяется для уменьшения деформации (в 1,5-2 раза) при последующей закалке. Она заключается в предварительной закалке с 740-770 °С с охлаждением в масле и последующем отпуске при 600 °С (1 ч).
Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска, режимы которых указаны в таблице ниже.
|
Закалка |
Отпуск |
|||
|
Tз, °С |
Твердость HRCЭ |
Тотп, °С |
Твердость HRCЭ |
|
|
760-780 |
64-66 |
200-250 |
58-59 |
Мелкие инструменты, в частности пилы (диаметром до 120 и длиной до 250 мм), целесообразно нагревать под закалку в соляных ваннах (70 % BaCl2 + 30 % NaCl), так как при этом не надо защищать детали от окисления и обезуглероживания. Углеродистая сталь имеет высокую критическую скорость закалки — порядка 250°С/с. Замедление охлаждения при закалке недопустимо, так как приводит к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен.
2. Для изготовления деталей штампов, обрабатывающих металл в горячем состоянии, выбрана сталь 5ХНМА. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке этой стали. Опишите микроструктуру и свойства штампов после термической обработки
Сталь 5ХНМА характеризуется невысокой теплостойкостью (350-450° С) и повышенной ударной вязкостью (более 4 кгс·м/см2 на образцах с надрезом).
Температуры отжига с непрерывным охлаждением, изотермического отжига, высокого отпуска и твердость (НВ) стали после этих видов термической обработки показаны в таблице 2.1.
Таблица 2.1
|
Критич. точки, °С |
Изотермический отжиг |
Отжиг с непрерывным охлаждением |
Высокий отпуск |
||||||
|
Ac1 |
Ас3 |
Температура, °С |
Твердость НВ |
Темп-ра нагрева, °С |
Твердость НВ |
Тем-ра нагрева, °С |
Твердость НВ |
||
|
нагрева |
Изотерм. выдержки |
||||||||
|
730 |
780 |
760—790 |
650—660 |
197 — 229 |
760—790 |
197 — 241 |
680 — 700 |
207 — 241 |
Режимы закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования, величина зерна и твердость после окончательной термической обработки приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2
|
Закалка |
Балл зерна |
Твердость HRC |
Отпуск |
|||
|
Температура, °С |
Температура нагрева, °С |
Твердость HRC |
||||
|
Подогрева |
Окончательного нагрева |
|||||
|
700-750 |
840-860 |
— |
56-60 |
500-550 |
38-41 |
Технологические режимы процессов поверхностного упрочнения штампов показаны в таблице 2.3.
|
Наим. процесса |
Среда |
Компоненты |
Темп-ра процесса, °С |
Время процесс, ч |
Толщина слоя, мм |
Твердость слоя HV |
|
|
Азотирование |
Газовая |
Аммиак, степень диссоциации 25—40% |
480—560 |
40—50 |
0,3—0,5 |
65СМ-70С |
|
|
Борирование |
Жидкая |
Карбид бора В4С — 84%, бура — 16%, хлористый аммоний — 3% |
950 |
8 — 10 |
0,5—1 |
До 2500 |
3. Назначьте нержавеющую сталь для работы в слабоагрессивных средах (водные растворы солей и т.п.). Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозийной устойчивости стали и роль каждого легирующего элемента
Стойкость сталей против химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой) наблюдается у стали мартенситного класса.
Мартенситный класс — стали с основной структурой мартенсита (хромистые стали с 12-17 % Cr, содержащие более 0,25 % С и, специальные добавки Мо, W, V и небольшое количество Ni — до 3 %).
Для деталей, работающих в слабоагрессивных средах (водопроводная вода, водные растворы солей и т.д.), подходит сталь 20Х13, имеющая химический состав, приведенный в таблице (указаны процентные содержания элементов).
|
С |
Si |
Mn |
Сr |
Ni |
Ti |
Nb |
S |
P |
|
|
Не более |
Не более |
||||||||
|
0,16-0,25 |
0,8 |
0,8 |
12,0-14,0 |
— |
— |
— |
0,025 |
0,030 |
Характеристики механических свойств и режимы термической обработки нержавеющей стали указаны в таблице ниже.
|
Режим термической обработки, температура (°С), среда охлаждения |
уВ |
у0,2 |
д5 |
ш |
КСU, Дж/см2 |
|
|
МПа |
% |
|||||
|
Не менее |
||||||
|
Закалка,1000-1050, воздух или масло; отпуск, 660-770, воздух, масло или вода |
660 |
450 |
16 |
55 |
80 |
Эту сталь применяют преимущественно в термически обработанном состоянии, часто с тщательно шлифованной, а иногда и полированной поверхностью.
Структура и свойства стали в значительной степени зависят от содержания в них углерода: с понижением содержания углерода в этих сталях появляется структурно свободный феррит, ухудшающий механические свойства, и они переходят из мартенситного в мартенситно-ферритный и даже чисто ферритный классы; коррозионная стойкость их при этом несколько повышается. С повышением содержания углерода снижается коррозионная стойкость, увеличивается твердость, но возрастает хрупкость.
штамп закалка сталь термический
4. Какие материалы используются в качестве антифрикционных
Антифрикционные материалы — это специальные материалы, которые применяются для деталей машин, подвергающихся при работе трению и скольжения, но обладающих низким коэффициентом трения. Антифрикционные материалы отличаются низкой способностью к адгезии, теплопроводностью и стабильностью свойств, а самое главное хорошей прирабатываемостью (т.е. способностью трущихся тел в начальный период трения постепенно улучшать контактирование поверхностей за счет их сглаживания).
Антифрикционные материалы используются в различных конструктивных типах узлов трения машин и двигателей. Поэтому в процессе применения подобных материалов в конкретных узлах и условиях приводило к созданию разнообразных антифрикционных материалов. Выделяются такие антифрикционные материалы как сплавы на основе олова или свинца — баббиты, меди — бронза, железа — серый чугун, металлокерамические сплавы — бронзографит, железографит, а также пластмассы текстолит, фторопласт-4, древесноложные пластики и сложные композиции типа «металл-пластмасса».
Подшипниковые материалы — это наиболее распространенные антифрикционные материалы, которые применяемые для различных видов подшипников скольжения. При этом очень важно, чтобы кроме антифрикционных свойств, они обладали необходимой прочностью, сопротивлением коррозии в среде смазки, технологичностью и экономичностью.
Наиболее распространенным видом подшипника является стальной подшипник, у которого основа состоит из прочного конструкционного материала — стали, а поверхность трения состоит из слоя антифрикционного материала — оловянного или свинцового баббита. Подшипники, а также вкладыши и втулки изготовляют методом штамповки, а антифрикционный материал наносится литейным способом на заготовку подшипника или на непрерывно движущуюся стальную ленту. Важно, что процесс нанесения антифрикционных покрытий должен обеспечивать выполнение ряда требований, при этом не ограничивается только толщина покрытия. Подшипниковые материалы разделяются на металлические и неметаллические. Металлические подшипниковые материалы — это сплавы на основе олова, свинца, меди, цинка, алюминия, а также некоторые чугуны. Неметаллические подшипниковые материалы — это некоторые виды пластмасс, материалы на основе древесины, графито-угольные материалы, резина. Также отдельно выделяются подшипниковые материалы которые сочетают металл и пластмассу.
Чаще всего встречается использование антифрикционных материалов на основе олова или свинца (их называют баббиты). Они применяются в подшипниках в виде слоя, заливающего основу детали из стали. Важно, чтобы сталь прошла специальную очистку и желательно имела углубления или пазы для лучшего сцепления.
Также в качестве антифрикционных сплавов могут выступать различные виды бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзовые подшипники бывают 2 видов: монометаллические (используются оловянистые бронзы) и биметаллические. Менее распространенные, но все же востребованные антифрикционные материалы бывают на основе стали. Их используют в легких условиях работы, когда в процессе работы механизма есть небольшое давление и невысокие скорости скольжения. Сталь более твердый материал и имеет высокую температуру плавления, поэтому она плохо прирабатываются и легко схватывается с сопряженной поверхностью, из-за чего образуются задиры.
Встречается среди антифрикционных материалов и чугун. Некоторые чугуны имеют высокие антифрикционные свойства, благодаря графитовой составляющей ее структуре. Например, чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. Включения графита в чугунах выполняют роль мягкой составляющей. К их недостаткам следует отнести плохую прирабатываемость, чувствительность к недостатку смазки, пониженную стойкость к воздействию ударной нагрузки. В заключении хотелось отметить, что ряд антифрикционных материалов очень широк, также как и его применение и самым распространенным из всех видов является олово и свинец, а также их сплавы в виде баббитов.
5. Пластмассы. Состав и строение. Применение пластмасс в литейном производстве
Пластмассы (пластические массы, пластики) — это большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия.
Эти вещества состоят в основном из углерода С, водорода Н, кислорода О и азота N. Все полимеры имеют высокую относительную молекулярную массу — от 10 000 до 500 000 и более (для сравнения — кислород О2 имеет относительную молекулярную массу, равную 32). Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое число атомов.
Некоторые органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами. В ряде случаев в качестве сырья применяют природные полимеры — целлюлозу, каучук или канифоль. Чтобы достичь желаемой эластичности, их подвергают различным химическим реакциям. Например, целлюлозу посредством разнообразных реакций можно превратить в бумагу, моющие средства и другие ценные материалы; из каучука получают резину и изолирующие материалы, используемые как покрытия; канифоль после химической модификации становится более прочной и устойчивой к действию растворителей.
Хотя модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство используемых пластмасс являются синтетическими. Органическое вещество с небольшой молекулярной массой (мономер) сначала превращают в полимер, который затем прядут, отливают, прессуют или формуют в готовое изделие. Сырьем обычно являются простые, легкодоступные побочные продукты угольной и нефтяной отраслей промышленности или производства удобрений.
Способ получения оснастки из пластмасс на основе композиций из эпоксидных смол состоит из следующих операций:
— подготовки форм или негативов для заливки или послойного нанесения жидких композиций;
— приготовления жидкой связующей композиции путем интенсивного смешивания эпоксидной смолы, отвердителя и других составляющих в определенных пропорциях;
— заливки или нанесения слоями жидкой связующей композиции в форму или на негатив;
— отверждения связующей композиции выдержкой на воздухе в течение определенного периода;
— удаления модели из формы или отделение от негатива и очистка ее от заусенцев, заливов и прочих дефектов.
Список использованной литературы
1. Арзамасов Б. Н. Материаловедение: уч. для высших технич. уч. заведений. — 2-е изд. испр. и доп. — М.: Машиностроение , 1986. — 294 с., ил.
2. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: уч. для машиностроительных вузов. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Машиностроение , 1980. — 158 с., ил.
3. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://5ка.рф (Дата обращения: 11.05.2015).
4. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://markistali.ru (Дата обращения: 11.05.2015).
5. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.metallsk.ru/ (Дата обращения: 11.05.2015).
6. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: /ru.wikipedia.org (Дата обращения: 11.05.2015).
Размещено на
