Контрольная работа по материаловедению

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

санкт-петербургская  государственная

академия сервиса и экономики

ИНСТИТУТ  СЕРВИСА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

                               кафедра «бытовые машины и  приборы»

 

 

                    

                          Курсовая работа по дисциплине:

 

 

           

Материаловедение

 

 

 

 

 

                                Выполнил студент:

                                Группа__________

                                  Шифр___ ________

                                                Руководитель_____________

                                                 Оценка___________________

                                                  Дата защиты______________

 

 

 

 

 

 

аааааа

2012г.

 

 

 

Содержание

 

11. Опишите систему понятий, входящих в понятие «марка материала»

 

Материаловедением называют прикладную науку о связи состава, строения и свойств материалов. Решение  важнейших технических проблем, связанных с экономией материалов, уменьшением массы машин и приборов, повышением точности, надежности и работоспособности механизмов и приборов во многом зависит от развития материаловедения.

Теоретической основой  материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии, однако наука о материалах в основном развивается экспериментальным путем.

Напряжение – величина нагрузки, отнесенная к единице площади  поперечного сечения испытуемого  образца.

Деформация — изменение  формы и размеров твердого тела под влиянием приложенных внешних сил. Различают деформации растяжения (сжатия), изгиба, кручения, среза. В действительности материал может подвергаться одному или нескольким видам деформации одновременно.

Прочность – способность  материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок. Оценивается пределом прочности и пределом текучести. Важным показателем прочности материала является также удельная прочность – отношение предела прочности материала к его плотности.

Упругость – способность  материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Оценивают пределом пропорциональности и пределом упругости.

Пластичность — способность  материала принимать новую форму  и размеры под действием внешних  сил, не разрушаясь при этом. Характеризуется относительным удлинением и относительным сужением.

 

2. Сформулируйте принципы  обозначения стандартных марок  легированных сталей по ГОСТ4543 и в иностранных стандартах

 

Принципы маркировки сталей в России

В России принята буквенно-цифровая система маркировки легированных сталей. Каждая марка стали содержит определенное сочетание букв и цифр. Первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Легирующие элементы обозначаются буквами русского алфавита: Х – хром, Н – никель, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, Т – титан, Ю – алюминий, Д – медь, Г – марганец, С – кремний, К – кобальт, Ц – цирконий, Р – бор, Ц – ниобий. Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце марки – то, что сталь высококачественная. Цифры после каждой буквы обозначают примерное содержание соответствующего элемента, однако при содержании легирующего элемента менее 1,5% цифра после соответствующей буквы не ставится.

Маркировка сталей в  Германии.

Национальный стандарт Германии DIN (Deutsche Industrienorm) осуществляет маркировку сталей двумя способами.

Первый способ – с  помощью цифр, обозначающих номер  материала. Первая цифра характеризует  способ производства стали. Вторая цифра  характеризует особенности обработки  стали.

Второй способ – обозначение  с помощью букв и цифр. Этот вид  предусматривает обозначение сталей по степени легирования и виду термической обработки.

Особенности маркировки сталей в стандартах США.

В соответствии с национальными  стандартами ASTM (American Society for Testing and Materials) и SAE (Society Automotive Engineers) в США принята цифровая система маркировки конструкционных сталей, в которую в некоторых случаях добавляют буквы. Большинство сталей, за исключением коррозионностойких и жаростойких, маркируется четырехзначным числом. Первая цифра указывает основной легирующий элемент, вторая — его содержание в процентах, третья и четвертая соответствуют содержанию углерода в сотых долях процента. Первая цифра 1 принята для обозначения углеродистых сталей, в этом случае вторая цифра — 0. Например, сталь по ASTM-SAE марки 1015 соответствует стали марки 15 по российскому стандарту, а 1045 — марке 45.

Первая цифра 2 соответствует  сталям легированным Ni, цифра 3 — Ni и Cr; 4 — Mo, Мо и Cr, Mo, Cr и Ni; 5 — Cr; 6 — Cr и V; 7 — Cr и W; 8 — Ni, Cr и Mo; 9 — также Ni, Cr и Mo.

Таким образом сталь  марки 5140 по ASTM-SAE соответствует российской стали марки 40Х, а сталь 8625, легированная Ni-Cr-Mo, содержит, %: 0,23–0,28 C; 0,4–0,7 Ni; 0,4–0,6 Cr; 0,15–0,25 Mo; 0,15–0,35 Si; 0,7–0,9 Mn; 0,035 Р; 0,040 S.

Если сталь должна обеспечивать необходимую прокаливаемость, то после цифр ставится буква Н, например 8625Н.

 

Россия	США
20Х	5120, 5120Н
35ХМ	4135, 4135Н
40ХН2МА	4340

 

 

3. Дайте расшифровку  стандартных марок сталей по варианту задания, назовите структурный класс и примерное назначение

 

08ГСЮТ – Лист холоднокатаный;

Примерное назначение: используются для изготовления продукции с повышенными прочностными свойствами при высокой способности к вытяжке из этих марок изготавливаются такие виды деталей как: лонжероны, усилители, обод диска колеса, стойки, кронштейны, рамы и т.д.

 

40Х2Н2ВА – сталь конструкционная легированная. Сталь хромоникельмолибденовая

Примерное назначение: Крупные изделия: валы, диски, редукторные шестерни, а также крепежные детали.

 

4ХМФС – сталь инструментальная штамповая.

Примерное назначение: молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей до 3 т при деформации легированных конструкционных и нержавеющих сталей, прессовый инструмент для обработки алюминиевых сплавов, вставки и пуансоны для высадки на горизонтально-ковочных машинах.

110Г13Л – Сталь для отливок обыкновенная.

Примерное назначение: корпуса вихревых и шаровых мельниц, щеки и конуса дробилок, зубья и передние стенки ковшей экскаваторов, железнодорожные крестовины и др. тяжелонагруженные детали, работающие под действием статических и высоких динамических нагрузок и от которых требуется высокая износостойкость.

 

Таблица 1 Химический состав сталей

Сталь

Химический элемент %

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

W

Cu

V

Mo

Ti

08ГСЮТ

≤ 0,09

0,3...0,6

0,7...1,1

≤ 0,03

≤ 0,03

0,02...0,08

40Х2Н2ВА

0.35 - 0.42

0.17 - 0.37

0.3 - 0.6

1.35 - 1.75

до   0.025

до   0.025

1.25 - 1.65

0.6 - 0.9

до   0.3

4ХМФС

0.37 - 0.45

0.5 - 0.8

0.5 - 0.8

до   0.4

до   0.03

до   0.03

1.5 - 1.8

до   0.3

0.3 - 0.5

0.9 - 1.2

110Г13Л

0.9 - 1.4

0.8 - 1

11.5 - 15

до   1

до   0.05

до   0.12

до   1

до   0.3

 

 

4. Что необходимо понимать  под термином «качество стали»?

 

Качество стали определяется содержанием вредных примесей. Основные вредные примеси - это сера и фосфор. Так же к вредным примесям относятся газы (азот, кислород, водород).

Сера – вредная  примесь - попадает в сталь главным  образом с исходным сырьём - чугуном. Сера нерастворима в железе, она образует с ним соединение FeS - сульфид железа. при взаимодействием с железом образуется эвтектика ( Fe + FeS ) с температурой плавления 9880 С. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деформации выше 9000 С сталь становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовка разрушается. Это явление называется красноломкостью. Одним из способов уменьшения влияния серы является введение марганца. Соединение Mns плавится при 1620°C, эти включения пластичны и не вызывают красноломкости. Содержание серы в сталях допускается не более 0.06%.

Фосфор – попадает в сталь главным образом также  с исходным чугуном, используемым также  для выплавки стали. До 1.2% фосфор растворяется в феррите, уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склонностью к ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве фосфора в отливке всегда могут образоваться участки, богатые фосфором. Расположенный вблизи границ фосфор повышает температуру перехода в хрупкое состояние (хладноломкость). Поэтому фосфор, как и сера, является вредной примесью, содержание его в углеродистой стали допускается до 0.050%.

 

5. Приведите основные  характеристики механических свойств  стали, по которым оцениваются  стали конкретного назначения

 

Почти все стали материал конструкционный и в широком смысле слова: включая стали для строительных сооружений, деталей машин, упругих элементов, инструмента и для особых условий работы – теплостойкие, нержавеющие, и т.п. его главные качества:

прочность (способность  выдерживать при работе достаточные напряжения)

пластичность (способность  выдерживать достаточные деформации без разрушения, как при производстве конструкций, так и в местах перегрузок при их эксплуатации), вязкость (способность  поглощать работу внешних сил, препятствуя распространению трещин).

Для каждого назначения выбирают сталь и ее состояние  с оптимальным сочетанием прочности  и пластичности.

Трубы для паропроводов. На всех электростанциях пар при  температуре 530...575°C и давлении 14...25,5 МПа (260ат) подается от котла к турбине по толстостенным (60 мм при диаметре 325 мм) бесшовным горячекатаным трубам. Труба паропровода за 100000 ч работы (11 лет) может раздуться не более, чем на 1% (далее возможна катастрофа). Столь медленную ползучесть обеспечивает только одна теплостойкая сталь – во всем мире это 12Х1МФ или 15Х1М1Ф. Для термической обработки (нормализации и высокого отпуска) нужна однородная прокаливаемость (ферритные пятна резко снижают долговечность). Трещины ползучести развиваются по границам зерна, с участием годами накапливающихся здесь сегрегации фосфора (а также олова и сурьмы). Поэтому целесообразно применение особо чистой - первородной шихты.

Стальная проволока. При  диаметре 1 мм и менее стандарты  разных стран гарантируют для  холоднотянутой патентированной пружинной проволоки предел прочности σв > 2500...2900 МПа, для канатной σв > 1300...2400 МПа. Автомобильные шины высокого качества армированы прядями кордной проволоки с σв до 4500 МПа при диаметре около 0,1мм. Внутри высокопрочного, предварительно напряженного железобетона натянута арматурная проволока с σв > 1400...1900 МПа при диаметре 3...12мм.

При такой прочности  проволоке нужен и запас пластичности: нити каната должны выдерживать перегибы и удары. Этот запас проверяется  испытаниями: на многократный «гиб с перегибом», скручивание, навивку, разрыв с узлом. Необходимая структура - тонко пластинчатый перлит (сорбит), упрочняемый холодным волочением. Чтобы выдерживать при этом большие обжатия, нужна эвтектоидная сталь – углеродистая сталь 65...85.

 

 

6. Как и для чего  нужно управлять количеством  и качеством не металлических  включений?

 

Постоянные примеси  в стали: марганец, кремний, сера, фосфор, а также газы: кислород, азот, водород.

Марганец – полезная примесь; вводится в сталь для  раскисления и остается в ней в количестве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Кремний – полезная примесь; вводится в сталь в качестве активного  раскислителя и остается в ней  в количестве до 0,4%, оказывая упрочняющее  действие.

Сера – вредная примесь, вызывающая красноломкость стали – хрупкость при горячей обработке давлением. В стали она находится в виде сульфидов. Красноломкость связана с наличием сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления (988 °С) и располагающуюся по границам зерен. При горячей деформации границы зерен оплавляются, и сталь хрупко разрушается. От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS, исключающие образование легкоплавкой эвтектики. Устраняя красноломкость, сульфиды MnS, так же как и другие неметаллические включения (оксиды, нитриды и т. п.), служат концентраторами напряжений, снижают пластичность и вязкость стали. Содержание серы в стали строго ограничивают. Положительное влияние серы проявляется лишь в улучшении обрабатываемости резанием.

Фосфор – вредная  примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но вызывает хладноломкость-снижение вязкости по мере понижения температуры. Сильное охрупчивающее действие фосфора выражается в повышении порога хладноломкости. Каждая 0,01 % Р повышает порог хладноломкости на 25 °С. Хрупкость стали, вызываемая фосфором, тем выше, чем больше в ней углерода. Фосфор – крайне нежелательная примесь в конструкционных сталях. Однако современные методы выплавки и переплавки не обеспечивают его полного удаления. Основной путь его снижения – повышение качества шихты.