58 материаловедение. Изм. Лист докум. Подпись Дата Лист 2 Нирм кр 58 00 00 Разраб
 Скачать 1.06 Mb.
|
|
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 НиРМ Кр 58 00 00 Разраб. Чистяков С. П. Провер. Реценз. Н. Контр. Утверд. Материаловедение и технология конструкционных материалов Лит. Листов 12 НГАУ Шифр БЗ20АИ158 Содержание Вопрос 8……………………………………………………………….. 3 Вопрос 41……………………………………………………………….. 4 Вопрос 69……………………………………………………………….. 5 Вопрос 80……………………………………………………………….. 6 Вопрос 141…….……….……………………………………………….. 8 Вопрос 168……………………………………………………………… 11 Список литературы. 16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 3 НиРМ Кр 58 00 00 8. Вычертите диаграмму состояния системы алюминий - кремний. Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях. Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния. Определите количественное соотношение фаз и их химический состав в середине температурного интервала первичной кристаллизации сплава с 50% Si. Рис. 1. Диаграмма состояния системы Al — Si При взаимодействии алюминия и кремния получается диаграмма эвтектического типа с ограниченной растворимостью кремния в алюминии. Эвтектика образуется при температуре Си концентрации кремния в алюминии 13%. Линия АСД - ликвидус, по этой линии начинается процесс кристаллизации. Ниже линии АС образуются кристаллы а твердого раствора и жидкость. Правее точки С при пересечении линии СД из жидкости выпадают кристаллы кремния. На линии AMCF - кристаллизация заканчивается и превращения идут в твердом состоянии. Линия MCF - называется линией эвтектического превращения. Химический состав в области первичной кристаллизации - твердый раствори жидкость Ож. Правило отрезков Чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию (коноду). Отрезки линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 НиРМ Кр 58 00 00 1. Количество твердой фазы равно отношению длины плеча, примыкающего к жидкой фазе, к длине всего рычага Твердая фаза (В) В. Количество жидкой фазы равно отношению длины плеча, примыкающего к твердой фазе, к длине всего рычага Жидкая фаза (Ж) % 100 ⋅ = ac bc Q Ж где: Q – масса всего сплава, ж – масса расплава (жидкой фазы, в - масса закристаллизовавшейся твёрдой Pb – фазы Определим количество фаз в точке Отрезок ас равен массе всего сплава (100 %): а, асс длины отрезков, определяемых по оси концентраций а = 50 – 30 = 20; bc = 100 – 50 = 50; а = 50 + 20 = 70 Твердая фаза (В) % 6 , 28 % 100 70 20 % 100 = ⋅ = ⋅ = ac ab Q В Жидкая фаза (Ж) % 4 , 71 % 100 70 Ж. Вычертите диаграмму состояния железо-углерод, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,9% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется? Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус, и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус. При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в железе (раствор. Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (твердого раствора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в железе, те. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 5 НиРМ Кр 58 00 00 При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3 % до 6,67 % углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. В точке С при температуре Си концентрации углерода в жидком растворе 4,3 % образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР 4 , 3 →Л[А 2,14 +Ц 6,67 ]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита. Таким образом, структура чугунов ниже Сбудет доэвтектических - аустенит+ледебурит, эвтектических - ледебурит и заэвтектических - цементит (первичный)+ледебурит. Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении железа в железо и распадом аустенита. Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита. Линия ES показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом. В точке S при температуре Си концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8→П[Ф 0,03 +Ц 6,67 ]. Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом. 69. Расшифруйте марочный состав сталей и классифицируйте их по назначению ВСт5пс; пс А 14Х2Н3МА; ШХ9; У9А; 7Х2МН; Р9М4К8; Л. Расшифруйте марки чугунов и укажите вид графита СЧ ВЧ КЧ80-1,5 ВСт5пс – Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, назначение детали клепаных конструкций, болты, гайки, ручки, тяги, втулки, ходовые валики, клинья, цапфы, рычаги, упоры, штыри, пальцы, стержни, звездочки, трубчатые решетки, фланцы и др. детали, работающие в интервале температур от 0 до +425 С поковки сечением до 800 мм. пс Сталь конструкционная углеродистая качественная . Назначение Изготовление листового проката толщиной от 4 до 14 мм, предназначенного для холодной штамповки. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 6 НиРМ Кр 58 00 00 Сталь А – Сталь конструкционная повышенной обрабатываемости резанием, среднеуглеродистая сталь С, предназначенная для изготовления деталей на станках – автоматах, так называемая автоматная сталь. Упрочняется улучшением – полной закалкой с высоким отпуском. 14Х2Н3МА - Сталь конструкционная легированная . Применение Оси, валы, шестерни и другие крупные особо ответственные тяжело нагруженные детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости, износостойкости, подвергающиеся высоким вибрационными динамическим нагрузкам. Сталь данной марки может применяться для деталей, работающих при температуре от -70 ШХ9 - сталь шарикоподшипниковая, углерода 1%, хрома - 0,9%. Сталь У9А – углеродистая инструментальная высококачественная сталь С %. Назначение – слесарно-монтажный и мерительный инструмента также фасонные фрезы и фасонные резцы для обработки цветных металлов. Сталь нестойкая против отпуска. 7Х2МН – легированная хромом – 2%, марганцем, никелем, около 1 % каждого из указанных элементов. Инструментальная сталь С = 0,7%. Закаливается в масле. Назначение – режущий инструмент, не нагревающийся при работе выше 200 = 250 С – пильные ленты, ножовки, напильники, зубила и т.п., а также бойки молотов и штампы. Р9М4К8 Сталь инструментальная быстрорежущая. Применяется для обработки высокопрочных нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки зуборезный инструмент, фрезы, фасонные резцы, зенкеры, метчики. Л (заменитель Л. Сталь для отливок обыкновенная, отливки ГОСТ Применяется зубчатые колеса и муфты подъемно-транспортных машин, ходовые колеса, бегунки, зубчатые сектора и венцы, полумуфты, скаты, втулки зубчатых муфт и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной твердости, содержит в среднем 0,55% углерода. Степень раскисления стали – спокойная. Чугуны СЧ – серый чугун с вермикулярным графитом предел прочности при растяжении в = 300 МПа используется для применения отливок. ВЧ - высокопрочный модифицированный чугун с шаровидным графитом в = 400 МПа, используется для изделий с высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. КЧ80-1,5 ковкий чугун с хлопьевидным графитом в = 800 МПа, относительное удлинение при растяжении δ = 1,5%, используется для изготовления деталей машин, требующих высокой прочности и пластичности. 80. Назначьте режим закалки и отпуска молотка, изготовленного из стали 50. Приведите график термической обработки и структуру после закалки и после отпуска. Опишите, как изменятся свойства стали после отпуска Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 7 НиРМ Кр 58 00 00 Сталь 50 – конструкционная сталь, содержащая 0,50% углерода. Выбор этой стали для изготовления молотка связан с необходимостью обеспечить безопасность работы слесаря, исключить возможность откола бойка при ударных нагрузках. Для упрочнения основной части молотка предварительно выполняем закалку с высоким отпуском – улучшение. После чего закалку ударной части бойка и затыльной части молотка выполним закалкой токами высокой частоты с последующим низким отпуском. Температурные параметры режима режима улучшения выбираем, используя диаграмму железо – углерод (рис. 1) Рис. 1. Определение температуры закалки углеродистой стали Температуру отпуска определяем по графику зависимости твёрдости от температуры нагрева закалённой стали (рис. 2). Рис. 2. График изменения твёрдости в зависимости от температуры отпуска закалённой углеродистой стали График термической обработки стали 50 на твёрдость HRC 32 …34 представлен на рис. 3. Нагрев стали производится до температуры на 30 – 40 Свыше Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 8 НиРМ Кр 58 00 00 критической температуры Ас, что составляет 830 – 850 С. При этом сталь превращается в аустенит. После прогрева и гомогенизационной выдержки в печи углеродистую сталь закаливают вводе. Прирезком охлаждении встали происходит мартенситное превращение. Мартенсит – пересыщенный твёрдый раствор углерода в α - железе имеет высокую твёрдость и низкую пластичность. Для получения необходимой твёрдости стали производится отпуск при температуре 550 – 600 С. При этом происходит распад аустенита с выделением дисперсных частиц цементита. Структура, полученная при отпуске при 550 – 600 Сбудет называться сорбит отпуска. Рис. 3. График термической обработки стали 50 на твёрдость HRC 32 - 34 При нагреве токами высокой частоты ТВЧ температуру поверхностной закалки принимают большей, чем при печном нагреве. Температуру при нагреве ТВЧ определяют в зависимости от вида предварительной обработки по таблице. Таблица – Рекомендуемые температуры нагрева для предварительной обработки и температуры поверхностной закалки с нагревом ТВЧ Марка стали Вид предварительной термической обработки Температура нагрева в печи для предварительной термообработки, о С Температура нагрева ТВЧ, о С (скорость нагрева 400 о С/с) 45, 50 Нормализация Отжиг или без обработки Улучшение 820 -850 820 -850 820 - 850 950 – 1020 960 - 1040 920 – 1000 Выдержку при нагреве ТВЧ не делают. При закалке ТВЧ охлаждение деталей осуществляется водой под давлением Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 9 НиРМ Кр 58 00 00 с помощью охлаждающего устройства – спреера. Скорость охлаждения деталей при давлении воды 30 МПа V = 1200 о С/с, время охлаждения следует определить по формуле. 141. Изобразите диаграмму состояния сплавов системы железо – карбид, укажите на ней структурные составляющие. Постройте кривую охлаждения для стали У и проанализируйте ее с применением правила фаз. Для сплава У- инструментальная углеродистая сталь. В процессе охлаждения сплав испытывает следующие изменения Примерно до температуры t 1 =1490°C сплав находиться в жидком состоянии. Ниже этой температуры из жидкого сплава начинает выделятся твердый аустенит. Допустим, зададимся какой-либо температурой, пусть С, тогда согласно правила фаз состав сплава примерно будет составлять Жидкая фаза ] [ ] % 15 7 1 28 4 ≈ = = ас вс Твердая фаза [ ] [ ] % 85 ≈ ас вс Далее в процессе остывания в интервале температур от С до С присутствует твердый аустенит. Ниже температуры С аустенит претерпевает перлитное превращение. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 10 НиРМ Кр 58 00 00 168. Опишите кратко технологический процесс жидкого цианирования деталей, его разновидности, последующую термическую обработку и область применения Цианированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температуре Св расплавленных солях, содержащих группу. Среднетемпературное цианирование. В этом процессе изделие нагревают до Св расплавленных солях, содержащих NaCN. Для получения слоя небольшой толщины (0,15—0,35 мм) процесс ведут при температуре Св ваннах (20— 25 % NaCN, 26—50 % NaCl и 25—50 % Na 2 C0 3 ). Продолжительность процесса обусловлена требуемой толщиной слоя и составляет 30—90 мин. Цианистый натрий в процессе цианирования окисляется кислородом воздуха, и происходят следующие реакции 2 NaCN + О →2 NaCNO; 2NaCNO + O 2 → Na 8 CO 3 + CO + 2N; 2СО→СO 2 + С Fe(N) Выделяющийся атомарный углерод и азот диффундируют в сталь. Цианированный слой, полученный при температуре 820— 860 С, содержит 0,7 % Си. Цианирование при указанных сравнительно невысоких температурах позволяет выполнять закалку непосредственно из цианистой ванны. После закалки следует низкотемпературный отпуск (180—200 С. Твердость цианированного слоя после термической обработки HRC 58—62. Цианированный слой по сравнению с цементованным обладает более высокой износостойкостью и эффективно повышает предел выносливости. Этот вид цианирования применяют для упрочнения мелких деталей. Высокотемпературное цианирование. Для получения слоя большей толщины (0,5—2,0 мм) применяют высокотемпературное или глубокое цианирование при 930-950 Св ванне, содержащей 8 % NaCN, 82 % ВаС1 2 и 10 % NaCl (состав ванны до расплавления. Зеркало ванны покрывают слоем графита во избежание больших потерь теплоты и угара цианистых солей. Время выдержки изделий в ванне для получения слоев указанной толщины составляет 1,5—6 ч. При цианировании в ванне протекают следующие реакции ВаС12 + NaCl → 2 NaCl + Ва (CN) 2 ; Ba(CN) 2 →BaCN 2 + С BaCN 2 →BaO + CO + 2N. Выделяющийся атомарный углерод и азот диффундируют в железо. При указанных высоких температурах сталь с поверхности в большей степени насыщается углеродом (дои в меньшей — азотом (0,2—0,3 %). Строение цианированного слоя аналогично цементованному. После высокотемпературного цианирования детали охлаждают на воздухе, а затем для Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 11 НиРМ Кр 58 00 00 измельчения зерна закаливают с нагревом в соляной ванне или печи и подвергают низкотемпературному отпуску. Процесс цианирования по сравнению с процессом цементации требует меньшего времени для получения слоя заданной толщины, характеризуется значительно меньшими деформациями и короблением деталей сложной формы и более высоким сопротивлением износу и коррозии. Недостатком цианирования является высокая стоимость, ядовитость цианистых солей и необходимость в связи c этим принятия специальных мер по охране труда Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 12 НиРМ Кр 58 00 00 Список литературы 1. Материаловедение и технология материалов Электронный ресурс : учеб. пособие / под ред. АИ. Батышева и А.А. Смолькина. – М. : ИНФРА-М, 2018. – 288 с. [ЭБС ИНФРА-М] 2. Технология конструкционных материалов Электронный ресурс учебник / А.А. Афанасьев, А.А. Погонин. – е изд, стереотип. – М. : ИНФРА-М, 2019. – 656 с. [ЭБС ИНФРА-М] 3. Галимов ЭР. Современные конструкционные материалы для машиностроения Электронный ресурс учебное пособие / ЭР. Галимов, А.Л. Абдул-лин. – е изд, стер. – Санкт-Петербург : Лань, 2020. – 268 с. [ЭБС Лань 4. Материалы и их технологии. В 2 ч. Ч. 1. Электронный ресурс Учебник / В.А. Горохов, Н.В. Беляков, А.Г. Схиртладзе; Под ред. В.А. Горохова. – М НИЦ ИНФРА-М; Мн Нов. знание, 2014. – 589 с. [ЭБС ИНФРА-М] 6. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Под редакцией В.С. Чередниченко. М Омега – Л. 2006 – с. 7. Оськин В.А. Материаловедение. Технология конструкционных материалов В.А. Оськин и др. Кн. 1 – М КолосС, 2008 – с. 8. Ржевская СВ. Материаловедение учеб. для вузов. – е изд, пере-раб. и доп. – М Изд-во Моск. гос. гор. унта, 2003. – 456 с. 9. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов./А.М. Даль- ский и др.-М.: Машиностроение 2005. - с. 10. Марочник сталей и сплавов под ред. АС. Зубченко. – М Машиностроение с |