Контрольная работа по «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет»

 

Кафедра «Литейного производства и технологии металлов»

 

Специальность 190109.65 «Наземные транспортно-технологические средства»

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине «Материаловедение и технология 
конструкционных материалов»

 

 

 

                                                                       Выполнил: студент группы

                                                                        НТС3 -12, ЗФ (ДОТ)                       

                                                                                            номер зачетной книжки

                                                     110430784

                           Прадедов Е.А.

   Домашний адрес, телефон:

                                                                                         Сахалинская область,

                                                                                         г. Южно-Сахалинск,           

                                                                                         пр. Мира, д. 194, кв. 84,     

                                                                                         89624165820

 

    Проверил:_______________

                                                                                        _______________________

 

 

Хабаровск 2013 г.

Вариант 34

1. Для отливки  ответственных зубчатых колес, шкивов  и т.д. используются серые чугуны. Выберите марки чугунов, их состав, структуру и свойства. Зарисуйте  микроструктуру этих чугунов.

Решение: Для изготовления ответственных деталей выбираем марку чугуна СЧ32-52. Его назначение: ответственное высоконауглероженное литье с толщиной стенок  20-100 мм (цилиндры, крышки цилиндров, малые коленчатые валы и т.д.).

Химический состав: углерода 2,7-3,0 %; кремния 1,1-1,5; марганца 0,8-1,2 %, фосфора не более 0,2%, серы не более 0,12%; никеля не более 0,5%; хрома не более 0,3%.

Обработка: чугун следует нагреть до температуры 570 0G со скоростью нагрева 100-150 0 G в час, далее следует выдержка 2-4 часа. Охлаждение должно быть медленным (10-500 G в час), вместе с печью. Выдержка зависит от толщины стенки отливки. Такую термическую обработку применяют для снятия внутренних напряжений в чугунных отливках.

Структура: серый чугун марки СЧ32-52 является одним из наилучших по всем механическим свойствам (прочности, твердости, пластичности). Такой чугун называется высококачественным, он имеет  структуру перлита с мелкими пластинчатыми включениями графита.

Обладая вследствие наличия мелкораздробленного хорошими механическими свойствами, он одновременно имеет повышенную твердость и износоустойчивость, обусловленную перлитной структурой металлической основы. Поэтому из такого чугуна и изготавливаются такие ответственные детали, как поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания и многие другие.

Предел прочности: при растяжении 32 кгс/мм2, при изгибе 52 кгс/мм2, при сжатии 110 кгс/мм2; Стрела прогиба (расстояние между опорами 600 и 300 мм):9/3; Твердость по Бринеллю: 187-255 НВ.

 

2. Гильзы цилиндров  двигателей внутреннего сгорания  должны иметь высокую твердость  и износоустойчивость поверхностного  слоя 750...1000 HV. Для изготовления их  выбрана сталь 38Х2МЮА. Укажите состав  и определите группу стали  по назначению. Назначьте и обоснуйте  режим термической и химико-термической  обработки, объяснив влияние легирования  на превращения в стали при  ее термической обработке. Опишите  структуру и свойства поверхностного  слоя и сердцевины гильзы.

Для гильз цилиндров используют высоколегированные стали 38Х2МЮА,  38ХМФЮА - они обладают большой поверхностной твердостью, износостойкостью и повышенным приделом выносливости (600МПа) при минимальной деформации в процессе термообработки. Сталь 38ХМФЮА имеет сходный химический состав со сталью 38Х2МЮА и отличается лишь содержанием ванадия, поэтому является более дорогостоящей.

В связи с дороговизной стали 38ХМФЮА, а также удовлетворительными характеристиками стали 38Х2МЮА, для гильз цилиндров, работающих при высоких давлениях и температурных нагрузках, выбираем сталь 38Х2МЮА.

Сталь 38Х2МЮА-Сталь жаропрочная релаксационностойкая. Применение: азотируемые детали: Штоки клапанов паровых турбин, работающие при температуре до 450 °С, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, иглы форсунок, тарелки букс, распылители, пальцы, плунжеры, распределительные валики, шестерни, валы, втулки и другие детали. Общая характеристика: сталь коррозионностойкая в атмосферных условиях после азотирования. Не склонна к отпускной хрупкости, флокеночувствительная. Для сварных конструкций не применяется, теплоустойчива до 500°С. Плотность при 20°С - 7,71х10³ кг/м³. Химический состав марки стали 38Х2МЮА представлен в таблице 1.

 

Таблица 1– Химический состав в % материала 38Х2МЮА

Химический элемент	%
Алюминий (Al)	0.7 - 1.1
Кремний (Si), не более	0.2 - 0.45
Медь (Cu), не более	до 0.3
Марганец (Mn), не более	0.3 - 0.6
Молибден (Mo)	0.15 - 0.25
Никель (Ni)	до 0.3
Фосфор (P), не более	до 0.025
Хром (Cr)	1.35 - 1.65
Сера (S), не более	до 0.025
Углерод (C)	0.35 - 0.42

 

Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.

А). Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель – сильный аустенизатор).

Б). Вольфрам и молибден. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Основная цель введения- уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода , улучшение свойств комплекснолегированных сталей в результате измельчения зерна, повышение стойкости к отпуску, увеличение прокаливаемости.

В). Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей но он делает структуру стали чувствительной к перегреву, поэтому для измельчения зерна вместе с марганцем вводят карбидообразующие элементы.

Г). Кремний. Кремний – ферритизатор – повышает устойчивость феррита при высоких температурах.

Д). Хром. Хром – растворяясь в феррите и цементите оказывает благоприятное влияние на механические свойства.

В таблице 2 указаны основные характерные для стали 38Х2МЮА -критические точки начала и конца образования аустенита при нагреве и охлаждении и точка начала мартенситного превращения в °С[3].

 

Таблица 2– Температура критических точек

Критическая точка	Mn	Ar1	Ar3	Ac1	Ac3
°С	330	665	740	800	865

 

В таблице 3 приведены зарубежные аналоги стали 38Х2МЮА, их наименование.

Таблица 3– Зарубежные аналоги материала 38Х2МЮА

США	Германия	Франция	Великобритания	Италия	Япония	Швеция	Испания
A355CLA E71400 G71406	41CrAlMo7	40CAD6.12	905M39	41CrAlMo7	SACM645	2940	F1740-41CrAlMo7

 

В таблице 4 показана зависимость твердости от расстояния от торца детали, при закалке при температуре 870°С, критический диаметр в воде и масле.

Таблица 4– Прокаливаемость стали 38Х2МЮА

Расстояние от торца, мм / HRCэ
1.3	3	6	9	12	18	24	30	36	42
52.0	52.0	51.5	49.5	48.5	45.5	44.0	43.5	43,5	42,5
Крит.диам. в воде, мм					Крит.диам. в масле, мм
70					45

 

 

Механические свойства стали 38Х2МЮА

Механические свойства стали 38Х2МЮА в зависимости от температуры отпуска, а также от температуры испытаний представлены в таблице 5[4]. Испытания на растяжение проведены в соответствии с ГОСТ 1497– 84 (Металлы. Методы испытаний на растяжение), а также в соответствии с ГОСТ 9651– 84 (Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах). Испытания на ударный изгиб проведены в соответствии с ГОСТ 9454– 80, ГОСТ 9456– 60 (Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при комнатной и повышенной температурах соответственно) на образцах с U– образным концентратором напряжений.

Таблица 5– Механические свойства стали 38Х2МЮА

t испытания,°C	σ0,2	σв	δ5	ψ	KCU,Дж/см2	HRCэ
	Мпа		%
Закалка 900°С, масло
300	1660	1810	8	43	39	550
400	1520	1670	10	39	10	500
500	1270	1420	10	44	29	450
600	1080	1180	12	60	78	370

 

σ0,2– предел текучести условный, МПа;

σв– временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа;

δ5– относительное удлинение после разрыва, %;

ψ– относительно сужение, %;

KCU– ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U, Дж/см2;

HRCэ– твердость по Роквеллу, шкала С.

 

 

Технологические свойства

Ковка — это высокотемпературная обработка различных металлов, нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических (температура плавления, кристаллизация) и химических (наличия легирующих элементов) свойств. Для стали 38Х2МЮА температура начала ковки составляет 1240°С, температура конца -800°С

Свариваемость является комплексной характеристикой стали, определяющейся технологическими трудностями, возникающими при сварке, и эксплуатационной надежностью сварных соединений. В зависимости от сложности технологических приемов, устраняющих возможность образования трещин при сварке и обеспечивающих получения сварного соединения требуемого качества, стали условно разделяют на четыре группы по свариваемости:

1. стали свариваемые без  ограничения;