КР2 Вариант 04. Вариант 04 кр 2 Задача 1

• Название: Вариант 04 кр 2 Задача 1
• Дата: 16.06.2020
• Размер: 90.5 Kb.
• Имя файла: КР2 Вариант 04 .doc
• Тип: Задача; #130612

Вариант 04 КР 2

Задача 1. Назначьте режим термической обработки (температура закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) шпинделей для станков из стали МСт6, которые должны иметь твердость НRC35-40. Опишите микроструктуру и свойства изделий.
Упрочняющая термическая обработка осуществляется путем закалки и последующего высокого или среднего отпуска. При этом, если выбор температуры нагрева для углеродистых сталей определяют из диаграммы Fe-С, то для легированных сталей эта температура несколько выше, так как получение легированного аустенита при наличии элементов Cr , Mo , V идет при более высоких температурах. В этом случае пользуются справочными данными.

Температуру отпуска выбирают в зависимости от показателей прочности и пластичности, необходимых для той или иной детали.

На чертежах вместо требований к прочности детали обычно указывают твердость.

Последовательность механической и термической обработок в этом случае выглядит следующим образом:

1. Изготовление заготовки шпинделей методом объемной штамповки с последующим отжигом (НВ = 172 ед.).

2. Улучшение: закалка от 820⁰С в масле и далее отпуск при 600⁰С, (НВ = 241 ед.).

3. Предварительная механическая обработка заготовки шпинделей.

4. Поверхностная закалка на глубину 2..3 мм и низкий отпуск 220⁰С, (НRс= 35-40 ед.).

5. Окончательная механическая обработка шпинделей.

В процессе закалки мартенсит распадается на феррито-цементитную смесь. Это превращение протекает в несколько этапов и зависит от температуры нагрева. При низком отпуске 220⁰С мартенсит теряет свою тетрогональность, карбиды обосабливаются. Получаемая структура - отпущенный мартенсит. Она отличается от мартенсита закалки большей травимостью из-за дисперсных выделений карбида.

Задача 2. В результате термической обработки пружины должны получить высокую упругость. Для изготовления их выбрана сталь 60С2ХФА. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
Решение

Химический состав стали следующий:


Легирование пружинной стали необходимо для улучшения прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы Si, Mn, Cr, V, W и Mo повышают предел упругости. Кремний способствует образованию фаз, вытягивающихся в направлении деформирования, и обуславливает анизотропию свойств. В пружинных сталях это положительное явление, т.к. повышается ударная вязкость в направлении деформирования. Однако кремний вызывает также обезуглероживание и графитизацию (получение черного излома). При небольших концентрациях кремния (до 0,6 %) предел упругости повышается, особенно при содержании 0,4 % С, вероятно, это связано с нестабильностью остаточного аустенита.

Марганец не способствует обезуглероживанию и графитизации, но усиливает чувствительность стали к укрупнению зерна.

Хром повышает релаксационную стойкость пружин, а в сочетании с кремнием (при содержании 2,5–3,0 %) уменьшает или устраняет опасность графитизации. Широко используют сталь марки 55ХГ.

Большое влияние на свойства стали оказывает структура и условия термообработки. Наиболее благоприятна трооститная структура (после закалки и среднего отпуска).

Вреден в пружинной стали остаточный аустенит, поэтому его содержание должно быть минимальным. Это достигается средним отпуском и обработкой холодом.

Для стали 60С2ХФА проводят закалку от 870 ^оС в масле и отпуск при 470 ^оС.

Предел кратковременной прочности составляет 1670МПа. Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации) 1470 МПа. Относительное удлинение при разрыве 6%. Относительное сужение 25%.

Твердость материала 60С2ХФА после отжига HB 10^-1 = 285 МПа. Твердость материала без термообработки HB 10^-1 = 321 МПа.

К отпускной хрупкости малосклонна.

Необходимо следить за обезуглероживанием ферритного слоя при термообработке, т.к. это приводит к снижению предела усталости, образованию при эксплуатации поверхностных трещин и разрушению.

Горячая прокатка создает в таких сталях структуру с сильно вытянутыми зернами феррита и перлита, а последующая термообработка способствует получению в стали волокнистого излома.
Задача 3. В турбиностроении используют сталь 40Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481). Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки. Как влияет температура эксплуатации на механические свойства данной стали?
Решение

Сталь легированная, аустенитного класса, жаропрочная, дисперсионно-тврдеющая.


Сталь 40Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) после низкотемпературного старения приобретает высокую твердость, но чувствительна к надрезу, а ее жаропрочные свойства нестабильны. Поэтому для этой стали применяется нагрев 1140 - 1160^oC, 1ч, охлаждение вода двоичное (или ступенчатое), старение 660 °С (16 ч) и 800 ⁰С (16 ч), воздух. Старение при повышенной температуре способствует снятию части напряжений, возникающих при низкотемпературном старении частичной коагуляция карбидных фаз[5, С.319].

Механические свойства:

Предел кратковременной прочности составляет 1000 МПа. Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации) 600 МПа. Относительное удлинение при разрыве 20%. Относительное сужение 25%. Ударная вязкость 350 кДж / м2.

Твердость материала после отжига HB 10 ^-1 = 269 МПа.

Физические свойства материала:



где:

T - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

E - Модуль упругости первого рода , [МПа]

a - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20^o - T ), [1/Град]

l - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·град)]

r - Плотность материала, [кг/м3]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20^o - T ), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м].
Задача 4. Для отливок сложной формы используют бронзу Бр.ОФ7-0,2. Расшифруйте состав, опишите структуру, укажите термическую обработку, применяемую для снятия внутренних напряжений, возникающих в результате литья и опишите механические свойства этой бронзы.
Решение

Бронзы оловянные, обрабатываемые давлением по (ГОСТ 5017-49). Состав 6-8%, P 0.1-0.25%.

Бронзу маркируют начальными буквами Бр , затем следуют буквы, показывающие какие легирующие элементы содержаться в ней, а потом цифры показывающие количество процентов этих элементов в бронзе: Бр.ОФ7-0,2.

По микроструктуре оловянные бронзы разделяют на однофазные α-бронзы (содержание олова до 6%) и двухфазные α + эвтектоид [α δ (CuslSn8) ] (содержание олова более 6%). Чем больше в сплаве олова, тем больше эвтектоида, а так как эвтектоид хрупкий, то в оловянных бронзах максимальное содержание олова 11%. Для выравнивания химического состава в однофазных бронзах и для превращения двухфазной структуры с включениями твердой δ-фазы в однофазную α-фазу (в связи с чем повышается пластичность) бронзы подвергают гомогенизации при 700-750В° С с последующим быстрым охлаждением. Для снятия внутренних напряжений отливки отжигают при 550В° С. Деформируемые оловянные бронзы содержат олова до 6% (однофазные α-бронзы, например, Бр. ОЦ 4-3 и др.) и для восстановления пластичности между операциями холодной обработки давлением подвергают рекристаллизационному отжигу при 600-700В° С.

Плотность бронзы БрОФ7-0,2 8,6 г/см³. Температура начала плавления 900⁰С. Сопротивление 0,17 (Ом·мм2)/м. Теплопроводность 0,1 см·с·°С. Коэффициент линейного расширения17,0 α 10-6, 1/°С. Модуль упругости Е = 11 (500) кгс/мм2. Среднее напряжение σ38-45 (96-110) вкгс/мм2.Твердость НВ85-95 (175-230). Температура отжига 600-650 ⁰С.
Задача 5. Опишите влияние порошковых и волокнистых наполнителей на свойства резины.
Решение

В производстве резин и резинотехнических изделий в качестве наполнителей применяют различные неорганические и органические материалы - порошкообразные, волокнистые или слоистые. Наибольшее повышение механической прочности достигается обычно при применении слоистых и волокнистых наполнителей

Основные функции наполнителей:

1) изменение физико-механических свойств резин и придание им специальных свойств (например, электропроводности, химстойкости и др.);

2) облегчение обработки резиновых смесей;

3) снижение стоимости изделий.

Наполнители, улучшающие механические свойства резин, называются активными, или усиливающими. Наполнители, вводимые для снижения стоимости резинотехнических изделий и не оказывающие существенного влияния на свойства резин, называются неактивными, или инертными.

В качестве активных наполнителей используют углеродистую сажу, диоксид кремния («белая сажа»), силикаты металлов, некоторые органические продукты (синтетические полимеры, лигнин) и др.

К инертным наполнителям относятся в основном различные неорганические продукты природного происхождения: мел, каолин, тальк, регенерат резины и др.

Прочность резиновых смесей зависит от дисперсности и удельной поверхности наполнителя. Активные сажи имеют дисперсность 0,05...0,15 мкм и удельную поверхность более 65 м²/г. Высокодисперсные сажи придают вулканизатам высокую прочность на разрыв и раздир, высокую износостойкость. «Белую сажу» в качестве наполнителя применяют при получении светлых и цветных резин в пропорции 7/10. Она повышает механические свойства каучуков, их тепло- и огнестойкость. Для теплостойких резин используют в качестве наполнителей также фторид и силикат кальция. В производстве прорезиненных тканевых изделий, таких как шины, транспортерные ленты, приводные ремни, рукава и т.д., в качестве наполнителей используют корд, бельтинг и разнообразные рукавные ткани.

Применение волокнистых наполнителей в резинах для клиновых ремней, увеличивая анизотропию механических свойств резин, может повысить поперечную жесткость ремней. В присутствии двуокиси кремния улучшается адгезия резины к ткани. При применении волокнистых наполнителей длина волокон составляет от 2 до 25 мм. Эти волокна могут быть стеклянными, асбестовыми, полиимидными, полиэфирными. Можно использовать волокна различных видов: хлопчатобумажные, вискозные, синтетические. Недостатком применения волокнистых наполнителей является резкое снижение устойчивости резины к изгибу.

Применение волокнистых наполнителей позволяет изменять свойства изделий в заданном направлении. Такие изделия называются армированными.

При замене порошкообразного наполнителя волокнистым прочность изделий в условиях динамических значительно возрастает. В этих случаях вместо древесной муки можно использовать хлопковые очесы, а вместо асбестового или кварцевого порошка-асбестовое, стеклянное, кварцевое, графитированное волокно. Применение волокнистого наполнителя (особенно асбестового или хлопкового) затрудняет формование изделий сложной конфигурации и мелких деталей, в которых должно быть запрессовано большое количество тонкой металлической армировки. Этот дефект в меньшей степени проявляется когда формуемая масса содержит стеклянное волокно. Обладающее высокой хрупкостью стеклянное волокно частично разрушается, когда масса под давлением заполняет формы сложной конфигурации, и волокно вместе со смолой обтекает арматуру.

В процессе приготовления и обработки резиновых смесей волокна обнаруживают тенденцию к ориентации вдоль направления течения, что обуславливает создание ориентированных макроструктур, от характера которых и их изменения при деформации зависят свойства резин и долговечность изделий. Ориентация волокон приводит к анизотропии свойств материала, благодаря чему в одном материале можно получить сочетание жесткости и гибкости.

Резины, наполненные волокнами «конечной» длины, по сравнению с резинами армированными «бесконечными» волокнами, обладают меньшей прочностью, но более высокой деформационной способностью.

http://zachet.ca