Контрольная работа

СОДЕРЖАНИЕ: ЗАДАНИЯ 3 Задание № 4 Задание № 6 Задание № 9 Задание № 10 Задание № 11 ЛИТЕРАТУРА 14 ЗАДАНИЯ 1. Назначьте режим термической обработки слабонагруженных деталей из стали 40. Приведите его обоснование и опишите структуру и свойства деталей. Объясните, почему удовлетворительные свойства на изделиях из данной стали могут быть получены в небольшом сечении. 2. Для изготовления матриц холодной штамповки выбрана сталь Х12Ф1. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режимы термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке, данной стали.

Опишите микроструктуру и свойства матриц после термической обработки. 3. Для изготовления деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь 15Х28. Укажите состав стали, объясните причину введения хрома и обоснуйте выбор этой стали для условий работы. 4. Для изготовления деталей самолёта выбран сплав АВ (авиаль). Расшифруйте состав сплава, и укажите характеристики механических свойств.

Опишите, каким способом производится упрочнение этого сплава, и объясните природу упрочнения. 5. Корундовая керамика. Опишите её основные свойства и область применения. Задание № 1 Для слабонагруженных деталей из стали 40 применяют следующий режим термической обработки: Таблица 1. Термообработка стали 40 операция термической обработки температура в ˚С способ охлаждения твёрдость нормализация 830 - 860 на воздухе 179 - 229 высокий отпуск 680 - 700 207 - 241 Ускоренное по сравнению с обычным отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита.

Поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида (сорбит) и более мелкое эвтектоидное зерно.Кроме того, при нормализации частично подавляется выделение избыточных фаз (феррита), и, следовательно, образуется квазиэвтектоид.

В результате прочность стали, после нормализации, становится больше прочности после отжига. Хотя для среднеуглеродистых сталей различие в свойствах нормализованной и отожженной стали более значительно, для неответственных деталей нормализация даёт достаточно удовлетворительные механические свойства . При нормализации охлаждение проводят при спокойном воздухе.Если после нагрева до аустенитной области следует охлаждение в струе воздуха, создающего повышенную скорость охлаждения, то такая обработка носит название одинарной термической обработки.

Её применяют, если нужно избежать закалки и получить твёрдость, несколько более высокую, чем при нормализации.Удовлетворительные свойства на изделия из данной стали могут быть получены в небольшом сечении. Потому что материалы, идущие на изготовление конструктивных элементов, деталей машин, механизмов, должны наряду с высокой прочностью и пластичностью хорошо сопротивляясь ударным нагрузкам, обладая запасом вязкости.

Учитывая, что в деталях всегда имеются дефекты, являющиеся концентраторами напряжений, конструкционные материалы (каковым является сталь 40) должны обладать высоким сопротивлением хрупкому разрушению и распространению трещин.Задание № 2 Для обработки металлов давлением применяют инструменты – штампы, пуансоны, ролики и т.д. Стали, применяемые для изготовления инструмента такого рода, называют штамповыми сталями (Х12Ф1 и т.д.). Для штамповки в холодном состоянии, из которой изготавливают штампы, обычно должна обладать высокой твёрдостью, обеспечивающей устойчивость стали против истирания, хотя и вязкость имеет также первостепенное значение.

Широкое применение для холодных штамповок получили высокохромистые стали, обладающие высокой износоустойчивостью, повышенной теплопроводностью, малой деформируемостью при термической обработке. Таблица 2. Химический состав стали Х12Ф1 для штампов холодного деформирования, % (ГОСТ 5950 – 73). C Si Mn Cr V S P Ni Cu 1,25 - 1,45 0,15 - 0,35 0,15 - 0,4 11 - 12,5 0,7 - 0,9 < 0,030 < 0,030 < 0,35 < 0,30 Все высокохромистые штамповые стали содержат в среднем 12 % Cr и высокий процент углерода.

Это приводит к образованию большого количество хромистых карбидов (Cr7C3). Именно большое количество избыточной карбидной фазы (при всех режимах термической обработки) и делает сталь высокоизносоустойчивой.Способность этих карбидов переходить в раствор и в тем большей степени, чем выше нагрев под закалку, позволяет, изменяя температуру закалки, изменять свойства стали и её поведение при термической обработке.

Таблица 3. Режимы термической обработки стали Х12Ф1. Режим Температура в &#730;С Среда охлаждения Твердость HRC (после закалки) Количество аустенита, % Температура отпуска Число отпусков Твёрдость после отпуска 1 1070 ± 10 масло (селитра) 60 - 64 20 - 25 160 1 62 - 64 2 1070 ± 10 То же 62 - 64 20 - 25 200 1 58 - 60 3 1170 ± 10 Масло+обработка холодом при -70&#730;С 51 - 53 30 - 35 520 1 или 2 60 - 62 4 1120 ± 10 Масло 57 - 59 35 - 45 Термическая доводка 57 - 29 Примечание. 1 - обычный режим; 2 - если 1 не обеспечивает необходимой вязкости; 3 - для режущих инструментов, когда требуется износостойкость; 4 - когда требуется неизменность размеров.

Рис. 1. Влияние температуры закалки на твёрдость стали Х12Ф1, количество остаточного аустенита и изменение длины. Наибольшая твёрдость в стали Х12Ф1 получается при закалке 1075&#730;С. Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению твёрдости вследствие ещё большего растворения хромистых карбидов и увеличения количества остаточного аустенита.

Необходимую высокую твёрдость стали можно получить, закаливая её от высоких температур (1150&#730;С) в масле и получая, следовательно, большое количество остаточного аустенита, а затем путём обработки холодом и отпуска добиваться разложения остаточного аустенита и получать высокую твёрдость (>60). Но чаще эту сталь закаливают с температур, дающих наибольшую твёрдость после закалки (1050 - 1075&#730;С) и последующего низкого отпуска (при 150 -180&#730;С). Твёрдость в обоих случаях одинаковая (61 – 63), но в первом случае сталь обладает более высокой красностойкостью, а во втором – большей прочностью.

Так как в стали типа Х12Ф1 количество остаточного аустенита изменяется в широких пределах, то, естественно, что объём изменяется.

При закалке на мартенсит сталь приобретает объём больший, чем исходный, а при закалке на аустенит – меньший. При некоторой температуре соотношение получающегося аустенита и мартенсита такого, что объём закаленной стали точно равен исходному.Это будет происходить при закалке с 1120&#730;С. Если размеры штампа уменьшились, то даётся отпуск при 520&#730;С. В результате такого отпуска остаточный аустенит превратится частично в мартенсит и размеры штампа увеличатся.

Если размеры штампа при закалке увеличились, то проводят отпуск при 350&#730;С. Аустенит при этих температурах отпуска остаётся, а мартенсит превращается в отпущенный и размеры штампа уменьшаются. Эта операция носит название термической доводки.В результате термической доводки можно довести размеры штампов до требуемого значения с точностью ±0,1 мм. Сталь Х12Ф1 мало деформируется при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эту сталь следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима.

Существенным недостатком стали Х12Ф1 является пониженная механическая прочность, обусловленная наличием в этой стали большого количества карбидной фазы. Строчечное распределение карбидов, скопление карбидов, т.е. всё то, что называется карбидной ликвидацией, сильно ухудшает прочность стали.Чем больше уков и чем меньше сечение металла, тем сильнее раздробляются скопления карбидов, тем лучше качество стали (рис. 2). Поэтому основательную проковку следует рекомендовать в тех случаях, когда штамп имеет крупные размеры.

Рис.2. Микроструктура стали Х12Ф1 Задание № 3 15Х28 – сталь жаростойкая коррозийно-стойкая ферритного класса. Таблица 4. Химический состав стали.C Si Mn Cr Ni S P Тi Cu < 0,15 < 1 < 0,8 27 - 30 < 0,6 < 0,025 < 0,035 < 0,2 < 0,3 Ферритные хромистые стали 15Х25Т, 15Х28 используют чаще без термической обработки для изготовления сварных деталей, работающих в агрессивных средах и не подвергающихся действию ударных нагрузок, при температуре эксплуатации не ниже - 20&#730;С. Сталь 15Х28 обладает крупнозернистостью в литом виде и склонна к сильному росту зёрен при нагреве свыше 850&#730;С. Сварные конструкции из стали 15Х28 склонны к межкристаллитной коррозии.

Эта коррозия связана с объединением твёрдого раствора хрома в местах, прилегающих к границам зёрен, в результате образования карбидов хрома.

Для повышения сопротивления межкристаллитной коррозии и измельчения зерна сталь легируют титаном в количестве не меньше пятикратного содержанию углерода (15Х25Т). Вообще, для защиты от коррозии широко применяется явление пассивации. Пассивное состояние возникает при образовании тонких прочных и непрерывных оксидных плёнок, равномерно покрывающих поверхность металла.Переход от активного состояния к пассивному связан с ростом электродного потенциала.

Устойчивость против коррозии повышается при введении в состав стали хрома, алюминия, кремния. Эти элементы образуют непрерывную прочную оксидную плёнку и повышают электродный потенциал, т.е. увеличивают электроположительность стали.При содержании хрома более 125 сталь резко изменяет электродный потенциал с электроотрицательного (-0,6В) на электроположительный (+0,2В). На поверхности образуется защитная плотная плёнка оксида Cr2O3. Поэтому сталь 15Х28 приобретает устойчивость против коррозии в атмосфере, морской (пресной) воде, ряде кислот, солей и щелочей.

Задание № 4 Алюминиевые сплавы обозначают первой буквой «А». Буква «В» указывает на способ литья по выплавляемым моделям. Сплавы АВ, так называемые сплавы авиаль. Эти сплавы уступают дюралюминам по прочности, но обладают лучшей пластичностью в холодном и горячем состояниях, хорошо свариваются и сопротивляются коррозии. Авиаль обладает высоким пределом выносливости.Это сплав системы Al – Mg – Si. В этих сплавах фазой, которая при нагреве под закалку растворяется, а при старении выделяется и вызывает упрочнение, является соединение Mg2Si. Авиаль закаливают с 515 – 525 &#730;С с охлаждением в воде, а затем подвергают естественному старению (АВТ) или искусственному при 160 &#730;С, 12 часов (АВТ1). После закалки с оптимальных температур (500&#730;С) основное количество Mg2Si растворяется в алюминии, но соединения железа не растворяются.

В результате повышения температуры закалки происходит растворение интерметаллических соединений, а после закалки получается пересыщенный твёрдый раствор, а после старения – более высокая прочность. Искусственное старение нужно выполнять сразу после закалки.

При увеличении перерыва между временем закалки и началом искусственного старения – прочность сплава после старения уменьшается.Задание № 5 Керамика относится к основным материалам, оказывающим определяющее влияние на уровень и конкурентоспособность промышленной продукции.

За короткое время керамика сала, по общему мнению, третьим промышленным материалом после металлов и полимеров. Керамика была первым конкурентоспособным по сравнению с металлами классом материалов для использования при высоких температурах. Основной характеристикой химического состава корундовой керамики является содержание оксида алюминия.Однако для некоторых типов этой керамики существенным является содержание даже малых количеств MgO и NaO2, определяющих соответственно её механические и диэлектрические свойства.

Обычная чистая корундовая керамика имеет химический состав, близкий к исходному глинозёму; незначительное же изменение содержания примесей связано с процессом его переработки (измельчение и последующая кислотная отмывка). Наиболее чистым по содержанию примесей (особенно NaO2) являются керамики «Кадор» и «Кадор прозрачная», изготовляемые из глубокоочищенного глинозёма, содержащего малую добавку MgO. Все остальные типы корундовой керамики содержат те или другие специально вводимые добавки: TiO2 для снижения температуры спекания, TiO2 совместно с ZrO2 для повышения термостойкости низкоспекающейся керамики общего назначения, а также комбинированные добавки (SiO2, CrO2, MnO, MgO, CaO) для создания специальной плотной структуры.

Образование крупных кристаллов корунда характерно для керамики без добавок и для титаносодержащей керамики.При этом в первой кристаллы призматические и размеры их колеблются, а во второй – достаточно изометричные и близки по размерам.

Крупные кристаллы корунда из-за большой скорости содержат значительные количества внутренних пор. Для корундовой керамики, содержащей стеклофазу, характерна мелкая кристаллизация корунда. Плотность корундовой керамики, содержащей стеклофазу, значительно ниже, чем керамики без неё, хотя открытая пористость в ней отсутствует, а закрытая не превышает 6,5%, что является результатом содержания в ней кремнеза.Таблица 5. Влияние содержания SiO2 на относительную плотность и свойства корундовой керамики. содержание SiO2, % плотность изгиб, Мпа 0,2 3,79 314,7 0,28 3,81 317,5 0,51 3,75 307 0,76 3,75 317,6 0,92 3,7 301 1,03 3,68 288,5 1,8 3,58 266,7 2,01 3,55 267,5 При повышении температуры прочность при изгибе корундовой керамики существенно снижается и при 1550 – 1630&#730;С достигает 0,03 – 0,3 значений при 20&#730;С. Корундовая керамика обладает высоким сопротивлением ползучести.

Она не претерпевает заметной деформации при изгибе при 1300&#730;С и напряжении до 30 МПа. При температуре 1400&#730;С и напряжении 10 МПа скорость ползучести корундовой керамики с размером зёрен 20 мкм составляет 2*10-5 м/(м*ч). Коэффициент термического расширения корундовой керамики в интервале температур 20 - 1500&#730;С составляет (1/1,1)* 10-5 град-1, а в интервале 20 – 1000 &#730;С – 0,85*10-5 град-1. Теплопроводность этой керамики весьма высока, при 20&#730;С достигает 29 – 41,8 Вт/(м*К). Термостойкость корундовой керамики, как правило, невысока и увеличивается с введением добавок 0,5 – 1% TiO2, 2 – 10% ZrO2 и 0,1% MgO, в то время как добавка 1 – 5% MgO снижает термостойкость.

Чистая корундовая керамика характеризуется низкой испаряемостью в вакууме и среде инертных газов, что обуславливает её широкое применение в этих условиях вплоть до 1800 – 1900&#730;С.Также она весьма устойчива в контакте с тугоплавкими металлами – вольфрамом и молибденом, температура начала их взаимодействия 2000&#730;С. Поэтому корундовая керамика часто используется в качестве деталей для вакуумных печей с вольфрамовыми и молибденовыми нагревателями.

Чистая спеченная корундовая керамика устойчива к расплавленным магнию, алюминию, хрому, кобальту, никелю и олову и является потому перспективным материалом для изготовления тигеля для плавки этих металлов.

Наличие стекловидной фазы снижает её устойчивость.Чистая корундовая керамика весьма устойчива к насыщенному водяному пару при давлении до 30 МПа и температурах до 370&#730;С. Поэтому она весьма успешно используется в качестве труб, клапанов и т.д. Корундовая керамика весьма устойчива к парам цезия, натрия и калия в вакууме.

Она применяется для изготовления тороидальных разрядных камер, керамических деталей в мелаллокерамических узлах, в качестве электронных ламп, электронно-лучевых трубок, изоляторов.Корундовая керамика в последние годы находит применение в качестве деталей костных имплантантов. ЛИТЕРАТУРА 1.Гуляев А.П. Металловедение.

Учебник для вузов. 6-е изд перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с. 2. Зуев В.М. Техническая обработка металлов. Учеб. для сред. ПТУ. – 3-е изд перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1986. – 288 с ил. (профтехобразование) 3. Крундовые огнеупоры и керамика. Кайнарский Н.С, Орлова И.Г. М «Металлургия», 1981. 168 с. 4. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов.Учебник для ВУЗов. 3-е изд. М, «Металлургия», 1983. 360 с. 5. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов.

Учебник для вузов. 4-е изд перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1993, 448 с. 6.Марочник сталей и сплавов /В.Г. Сорокин, А.В. Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с. 7.Солнцев О.П Пряхин Е.И. Материаловедение: Учебник для вузов.Изд. 3-е перераб. и доп. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004. – 736 с.: ил. 8.Строение и свойства авиационных материалов. Учебник для вузов/Белов А.Ф Бенедиктов Г.П Висков А.С. и др. Под ред. акад. Белова А.Ф докт. техн. наук, проф. Николенко В.В. – М.: Металлургия, 1989. – 368 с. 9.Фиргер И.В. Термическая обработка сплавов: справочник. – Л.: Машиностроение.

Ленинградское отделение, 1982. – 304 с ил. (серия справочников для рабочих).