Контрольная работа по «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

2.ограниченно свариваемые  стали;

3. трудносвариваемые стали;

4. стали, не применяемые  для сварных конструкций.

Сталь 38Х2МЮА относится к четвертой группе по свариваемости, то есть не применяется для сварных конструкций.

Обрабатываемость стали 4Х5МФС оценена по скорости резания , соответствующей 60–минутной стойкости резцов υ60 и выражена коэффициентами Кυ тв.спл=0,75; Кυ б.ст=0,55 (в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 240-277).

Кυ тв.спл, Кυ б.ст – коэффициенты обрабатываемости для условий точения резцами соответственно твердосплавными и из быстрорежущей стали:

Кυ тв.спл= υ60/145, (1)

Кυ б.ст= υ60/70, (2)

где υ60– скорость резания, соответствующая 60– минутной стойкости резцов, при точении данной стали, м/мин;

145 – значения скорости  резания при 60– минутной стойкости  твердосплавных резцов при точении  эталонной стали 45;

70 – значение скорости  резания при 60– минутной стойкости  быстрорежущих резцов при точении  эталонной стали 45.

Склонность к обратимой отпускной хрупкости сталей проявляется в снижении ударной вязкости при медленном охлаждении после высокого отпуска или при длительных выдержках в интервале температур 450– 600˚С. Стали условно разбиты на три группы: не склонные к отпускной хрупкости, малосклонны, склонны. Сталь 38Х2МЮА относится к группе сталей не склонных к обратимой отпускной хрупкости.

Еще одной важной технологической характеристикой стали является флокеночувствительность. Рассматриваемая сталь 38Х2МЮА является чувствительной к образованию флокенов.

Все данные по технологическим свойствам сведены в таблицу 5.

Таблица 5– Технологические свойства стали 38Х2МЮА

Температура ковки	Начала 1240, конца 800. Сечения до 50 мм охлаждаются в штабелях на воздухе, 51-100 мм - в ящиках.
Свариваемость	не применяется для сварных конструкций.
Обрабатываемость резанием	В закаленном и отпущенном состоянии при НВ 240-277 sB = 780 МПа Ku тв.спл. = 0.75, Ku б.ст. = 0.55.
Склонность к отпускной способности	не склонна
Флокеночувствительность	чувствительна

 

Выбор и обоснование параметров термической обработки

Воспользовавшись «Марочником сталей»  зададимся предварительным режимом термической обработки данной стали (38Х2МЮА). Режим выглядит следующим образом.

Проводим закалку при температуре 850-900 °С в масле. Затем отпуск при температуре 500 °С. После проведения термообработки получаем твёрдость порядка 310 НB. Схема термообработки приведена на рисунке 1.

Как и цементация, азотирование проводится для повышения твердости, износостойкости и прочности поверхностных слоев детали при сохранении вязкой, пластичной сердцевины. Азотирование кроме этого повышает так же коррозионную стойкость стали в атмосфере влажного воздуха или пресной воде. При азотировании сталь нагревают до температуры 500-540°С. Скорость азотирования значительно ниже чем цементации, так как меньше температура нагрева, поэтому толщина азотированного слоя не велика от 0,3 до 0,6 мм, а длительность процесса 20-60 часов.

 

Рисунок  – Режим окончательной термической обработки гильз цилиндров стали 38Х2МЮА

Как и цементация, азотирование проводится для повышения твердости, износостойкости и прочности поверхностных слоев детали при сохранении вязкой, пластичной сердцевины. Азотирование кроме этого повышает так же коррозионную стойкость стали в атмосфере влажного воздуха или пресной воде. При азотировании сталь нагревают до температуры 500-540°С. Скорость азотирования значительно ниже чем цементации, так как меньше температура нагрева, поэтому толщина азотированного слоя не велика от 0,3 до 0,6 мм, а длительность процесса 20-60 часов.

Контроль качества после азотирования

После азотирования детали подвергают следующим видам контроля: а) внешнему осмотру — азотированная поверхность должна иметь однотонный цвет без пятен; б) проверке размеров — определяют величину коробления; в) измеряют твердость поверхностных слоев на приборе Виккерса; г) определяют толщину слоя на образцах, изготовленных из той же марки стали, что и азотируемые детали; д) определяют хрупкость слоя по виду отпечатка пирамиды прибора Виккерса; е) проверяют пористость слоя при антикоррозионном азотировании.

 

 

 Виды брака  при азотировании и способы  его устранения

Все данные по видам брака, спопобам их устранения и предупреждения сведены в таблицу 6.

Таблица 6– виды брака при азотировании и способы его устранения

Вид брака	Причины	Меры предупреждения
Пониженная поверхностная твердость при нормальной толщине азотированного слоя	Повышенная температура процесса, высокая степень диссоциации аммиака, перерыв в подаче аммиака	Соблюдение технологического процесса
Пятнистая твердость азотированного слоя	Затеки олова на поверхность, подлежащую азотированию	После лужения и зачистки границ покрытия производить фосфатироваиие
	Плохое обезжиривание	Тщательное обезжиривание изделий
	Неполное выполнение процесса	Соблюдение технологического процесса
Шелушение и растрескивание азотированного слоя	Высокая концентрация азота в поверхностном слое	После окончании заданного технологического процесса дополнительно выдерживать изделия в атмосфере аммиака для ускорения диффузии азота в глубь изделия. Удаление хрупкого поверхностного слоя, имеющего высокую концентрацию азота
	Внутреннее напряжение в азотируемом слое	Выполнение стабилизирующих отпусков
Деформация азотируемых изделий	Неравномерный нагрев азотируемых изделий	Проверить распределение температур в печи. Принять меры по ликвидации перепада температур
	Наличие остаточных напряжений в изделии после механической обработки, перед азотированием	Выполнение стабилизирующих отпусков для снятия напряжений в изделиях перед азотированием

 

3. Для изготовления  деталей, работающих в активных  коррозионных средах, выбрана сталь 08Х18Н12Т. Укажите состав и объясните  причины введения легирующих  элементов в эту сталь. Назначьте  и обоснуйте режим термической  обработки и опишите микроструктуру  данной стали после термической  обработки.

Сталь 08Х18Н12Т применяется: для производства холоднокатаного листа и ленты повышенной прочности; различных деталей и конструкций, свариваемых точечной сваркой; труб и изготовления сварной аппаратуры, работающей в средах повышенной агрессивности (растворах азотной, уксусной кислот, растворах щелочей и солей); конструкций свариваемых точечной сваркой; конструкций корпусов кораблей, судов, изделий судовой техники и верфей (трубопроводов, арматуры, обтекателей различной аппаратуры); труб бесшовных горячекатаных обточенных и расточенных, предназначенных для печей и коммуникаций нефтеперерабатыващих заводов.

Сталь 08Х18Н12Т - маломагнитная, коррозионностойкая, стабилизированная хромоникелевая сталь аустенитного класса.

Магнитная проницаемость μ ≤ 1,01 гс/э. Сталь обычно не содержит α-фазы. При неблагоприятном соотношении легирующих элементов и углерода магнитная проницаемость может быть до 1,50 гс/э.

Процентное содержание элементов:

C  Углерод	Si  Кремний	Mn  Марганец	S  Сера	P  Фосфор	Cr  Хром	Ni  Никель
до 0.08%	до 0.8%	до 2%	до 0.02%	до 0.035%	от 17%   до 19%	от 11%   до 13%

 

Термическая обработка - эустенизация или стабилизация, горячая обработка давлением и гибка при температурах, праменяемых для горячей деформации не изменяют магнитную проницаемость, а наклеп выше 5-10% при комнатной или пониженных температурах заметно повышает ее.

Сталь 08Х18Н12Т практически не имеет ферритной фазы и обладает более высокой стойкостью к межкристаллитной коррозии, чем сталь 08Х18Н10Т.

В зависимости от назначения, условий работы, агрессивности среды изделия подвергают:

а) закалке (аустенизации);

б) стабилизирующему отжигу;

в) отжигу для снятия напряжений;

г) ступенчатой обработке.

Изделия закаливают для того, чтобы:

а) предотвратить склонность к межкристаллитной коррозии (изделия работают при температуре до 350 °С);

б) повысить стойкость против общей коррозии;

в) устранить выявленную склонность к межкристаллитной коррозии;

г) предотвратить склонность к ножевой коррозии (изделия сварные работают в растворах азотной кислоты);

д) устранить остаточные напряжения (изделия простой конфигурации);

е) повысить пластичность материала.

Закалку изделий необходимо проводить по режиму: нагрев до 1050 - 1100 °С, детали с толщиной материала до 10 мм охлаждать на воздухе, свыше 10 мм - в воде. Сварные изделия сложной конфигурации во избежание поводок следует охлаждать на воздухе.

Время выдержки при нагреве под закалку для изделий с толщиной стенки до 10 мм - 30 мин, свыше 10 мм - 20 мин + 1 мин на 1 мм максимальной толщины.

 При закалке изделий, предназначенных для работы в  азотной кислоте, температуру нагрева  под закалку необходимо держать  на верхнем пределе (выдержка  при этом сварных изделий должна  быть не менее 1 ч).

Стабилизирующий отжиг применяется для:

а) предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии (изделия работают при температуре свыше 350 °С);

б) снятия внутренних напряжений;

в) ликвидации обнаруженной склонности к межкристаллитной коррозии, если по каким-либо причинам закалка нецелесообразна.

Стабилизирующий отжиг допустим для изделий и сварных соединений из сталей, у которых отношение титана к углероду более 5 или ниобия к углероду более 8.

Стабилизирующему отжигу для предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии изделий, работающих при температуре более 350°С, можно подвергать стали, содержащие не более 0,08 % углерода.

Стабилизирующий отжиг следует проводить по режиму: нагрев до 870 - 900 °С, выдержка 2 - 3 ч, охлаждение - на воздухе.

При термической обработке крупногабаритных сварных изделий разрешается проводить местный стабилизирующий отжиг замыкающих швов согласно стабилизирующему отжигу: нагрев до 870 - 900 °С, выдержка 
2 - 3 ч, охлаждение - на воздухе. При этом все свариваемые элементы должны быть подвергнуты стабилизирующему отжигу до сварки.

При проведении местного стабилизирующего отжига необходимо обеспечить одновременно равномерные нагрев и охлаждение по всей длине сварного шва и прилегающих к нему зон основного металла на ширину, равную двум - трем ширинам шва, но не более 200 мм.

Ручной способ нагрева недопустим.

Для более полного снятия остаточных напряжений отжиг изделий из стабилизированных хромоникелевых сталей проводят по режиму: нагрев до 870 - 900 °С; выдержка 2 - 3 ч, охлаждение с печью до 300 °С (скорость охлаждения 50 - 100 град/ч), далее на воздухе.

Ступенчатая обработка проводится для:

а) снятия остаточных напряжений и предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии;

б) для предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии сварных соединений сложной конфигурации с резкими переходами по толщине;

в) изделия со склонностью к межкристаллитной коррозии, устранить которую другим способом (закалкой или стабилизирующим отжигом) нецелесообразно.

Ступенчатую обработку необходимо проводить по режиму: нагрев до 1050 - 1100 °С; выдержка согласно п. 7.1.4; охлаждение с максимально возможной скоростью до 870 - 900 °С; выдержка при 870 - 900 °С в течение 2 - 3 ч; охлаждение с печью до 300 °С (скорость- 50 - 100 град/ч), далее на воздухе.

Для ускорения процесса ступенчатую обработку рекомендуется проводить в двухкамерных или в двух печах, нагретых до различной температуры. 
При переносе из одной печи в другую температура изделий не должна быть ниже 900 °С.

Ступенчатую обработку разрешается проводить для изделий и сварных соединений из сталей, у которых отношение титана к углероду более 5 или ниобия к углероду более 8.

Сталь имеет низкие антифрикционные свойства и склонна к образованию задиров, поэтому обычно не применяется в парах трения. Для улучшения антифрикционных свойств производится азотирование по специальным режимам с применением хлористого аммония для удаления окисной пленки.

 

4. Укажите марки, состав, свойства и способ изготовления  металокерамических твердых сплавов для режущего инструмента.

В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью.

Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100 °С.

 Установлено что твердосплавным  инструментом, имеющим в своем  составе килограмм вольфрама, можно  обработать 5 в раз больше материала, чем инструментом из быстрорежущей  стали с тем же содержанием  вольфрама.