Контрольная работа по "Технологии"

Контрольная работа № 2

вариант 22

 

Вопрос №1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска зубил из стали У7. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.

 

      Сталь У7 является углеродистой доэвтектоидной инструментальной сталью, 0,7% С.

По назначению различают углеродистые стали для работы при ударных  нагрузках и для статически нагруженного инструмента.

     Химический состав в % стали У7 :

     C     0.66-0.73               Ni    до 0.25                 Cr      до 0.2

     Si    0.17-0.33     S     до 0.028     Cu до 0.25

      Mn  0.17-0.33                P    до 0.03 

  Температура критических точек стали У7:

   Ac1=730,   Ac3=770,   Ar1=700,   Mn=280   

    Стали марок У7 применяют для изготовления инструмента при работе с ударными нагрузками, от которого требуется высокая режущая способность (зубила, клейма по металлу и т.д.).

    Углеродистые доэвтектондные стали после горячей пластической обработки (ковки или прокатки) и последующего охлаждения на воздухе имеют структуру, состоящую из пластинчатого перлита и небольшого количества феррита.

     Термическая обработка углеродистых инструментальных сталей состоит из двух операций: предварительной и окончательной обработок.

     Предварительная термическая обработка сталей заключается в отжиге при 740-760ºС, цель которого - получить микроструктуру, состоящую из зернистого перлита , так как при такой микроструктуре после последующей закалки получаются наиболее однородные свойства. Кроме того, при такой структуре облегчается механическая обработка инструмента.

     Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска. Закалку проводят в воде от 780-810°С, т.е. от температур, для доэвтектоидных сталей лежащих несколько выше , а для заэвтектоидных - ниже .

    Углеродистые стали имеют очень высокую критическую скорость закалки - порядка 200-300° С/с. Поэтому недопустимо даже малейшее замедление охлаждения при закалке, так как это может привести к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен. Особенно быстро протекает распад аустенита в углеродистых сталях при температурах, близких к 500-550°С, где он начинается почти мгновенно, протекает чрезвычайно интенсивно и в течение нескольких секунд полностью заканчивается.

    Поэтому только инструменты малого диаметра могут после закалки в воде прокаливаться насквозь. Однако при этом в них возникают большие внутренние напряжения, которые могут вызвать существенные деформации.

     Инструменты крупных размеров при закалке в воде и в водных растворах солей, кислот и щелочей, охлаждающая способность которых выше, чем воды, закаливаются на мартенсит лишь в тонком поверхностном слое. Структура же глубинных зон инструментов представляет собой продукты распада аустенита в перлитном интервале температур. Сердцевина инструментов, имеющая такую структуру, является менее хрупкой по сравнению с мартенситной структурой. Поэтому инструменты, имеющие такую сердцевину, лучше переносят толчки и удары по сравнению с инструментами, закаленными насквозь на мартенсит.

     Углеродистые инструментальные стали отпускают при температурах не более 200°С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале 56-64 HRC.

     Достоинствами углеродистых инструментальных сталей являются хорошая обрабатываемость давлением и резанием в отожженном состоянии.

     Их недостатками являются невысокие скорости резания, ограниченные размеры инструмента из-за низкой прокаливаемости и его значительные деформации после закалки в воде.

 Компоненты: C (0.7 масс%)

Структурные составляющие: мартенсит , аустенит                остаточный

Субструктура: Игольчатая (подобная мартенситу)

Форма включений: Вытянутые 

 

 

 

 

 

Вопрос №2. В результате термической обработки рычаги должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость 28-35 HRC). Для изготовления их выбрана сталь 35ХМА. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

 

 

Сталь 35ХМА является легированной высококачественной сталью.

Содержание углерода 0,35% , Х – хром менее 1,5%, М – молибден 0,15-0,25% .

 

Таблица 1. Свойства стали

Марка стали

Термическая обработка

Механические свойства

Технологические свойства

Закалка

Отпуск

, МПа

, МПа

, %

, Дж/м²

Обрабатываемость резанием

Свариваемость

Пластичность при  холодной обработке давлением

Т, ºС

Среда охлаждения

Температура, ºС

Среда охлаждения

первой закалки (нормализации)

второй закалки

35ХМА

880

-

масло

550

вода или масло

835

932

12

8

Н

У

 

 Технологические свойства: В – высокие, Н – низкие,  У - удовлетворительные

 

     По способу термообработки и назначению сталь 35ХМА относится к улучшаемым конструкционным сталям.

     Улучшаемыми конструкционными сталями называют среднеулеродистые стали, содержащие 0,3-0,5% С и легирующие элементы обычно в количестве не более 5%, которые используют после операции так называемого улучшения, состоящей из закалки и высокого отпуска. Закалку таких сталей обычно проводи в масле. Температура отпуска составляет 550-650ºС.

     После термообработки улучшаемые стали имеют структуру сорбита, хорошо воспринимающего ударные нагрузки.

     Улучшаемые стали имеют высокую прочность, вязкость, малую чувствительность к концентраторам напряжений и хорошую прокаливаемость.

     В случае сквозной прокаливаемости после одинаковой термообработки свойства различных марок улучшаемых сталей близки между собой. Поэтому выбор той или иной марки улучшаемой стали в каждом конкретном случае обусловлен прокаливаемостью стали, сечением детали и сложностью ее конфигурации, наличием концентраторов напряжений.

     Для улучшения прокаливаемости в хромистые стали дополнительно вводят марганец  и бор ; молибден вводят для снижения отпускной хрупкости второго рода (хрупкости, которая проявляется при температурах выше 500ºС).

Из стали 35ХМА изготавливают валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос №3. Для изготовления деталей подшипников качения (роликов, шариков и др.) выбрана сталь ШХ9. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

 

 

     Химический состав  стали  ШХ9:

               С,%               Cr,%       Mn,%   Si,%

1,05-1,10 0,9-1,2     0,2-0,4 0,17-0,37

 

     Критические точки температур Аc1 у подшипниковых сталей находится в следующих интервалах:  ШХ9 : 730-755 C;

     Подшипники качения работают, как правило, при низких динамических нагрузках, что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска.

     Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации хрома.

     Стали поставляют после сфероидизирующего отжига со структурой мелкозернистого перлита (179-217 НВ) и повышенными требованиями к качеству металла. В них строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями, так как, выходя на рабочую поверхность, они служат концентраторами напряжений и способствуют более быстрому развитию усталостного выкрашивания.

     Для изготовления высокоскоростных подшипников применяют стали после электрошлакового переплава, отличающиеся наибольшей однородностью строения. Такие стали необходимы также для изготовления высокоточных приборных подшипников, детали которых тщательно полируют с тем, чтобы обеспечить минимальный коэффициент трения. Это возможно лишь при высокой чистоте металла по неметаллическим включениям.

     Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке: неполной закалке от 820-850°С и низкому отпуску при 150-170°С. После закалки в структуре сталей сохраняется остаточный аустенит (8-15%), превращение которого может вызвать изменение размеров деталей подшипников. Для их стабилизации прецизионные подшипники обрабатывают холодом при -70 - -80°С. Окончательно обработанная подшипниковая сталь имеет структуру мартенсита с включениями мелких карбидов и высокую твердость (60-64 HRC).

 

Вопрос №4. Для изготовления деталей самолета выбран сплав ВТ22. Укажите состав и приведите механические свойства сплава. Опишите, каким способом производится упрочнение этого сплава и объясните природу упрочнения.

 

    

Для изготовления нагруженных деталей и узлов авиационных конструкций успешно используются двухфазные титановые -сплавы: ВТ22, который относят к -сплавам мартенситного класса с преобладанием -фазы (табл 2.).

 

Таблица 2 . Химический состав, термическая обработка и механические свойства -сплавов

Марка сплава	Химический состав, %			Термическая обработка, структура	Механические свойства
	Ti	Al	другие элементы		, МПА	, %	, МПа
ВТ22	основа	5,0	5,0 Мо 5,0 V 2,0 Cr 1,3 Fe	Нагрев до 850°С, 2 ч; охлаждение с печью до 750°С, 1 ч; охлаждение в воде; старение при 550°С, 10 ч,	1500	9	850

 

     Высокое содержание алюминия, введение в сплавы олова, циркония, молибдена, хрома, вольфрама и ванадия обеспечивает повышение прочности и жаропрочности сплавов.

          Сплав ВТ22 относится к группе -сплавов переходного класса и в стабильном состоянии содержит от 25 до 50% -фазы. Структура сплава отличается высокой дисперсностью смеси - и -фаз, обусловленной примерно одинаковым их количеством в сплаве. Сплав отличается максимальным эффектом упрочнения при термической обработке, высокой прокаливаемостью. Обе фазы, и в сплаве ВТ22 сильно упрочнены Аl, Мо, V, Сг, Fe. Механические свойства сплава зависят от величины зерна   (рис. 1)

 

Рис. 1. Влияние размера зерна на механические свойства сплава ВТ22:

1 -

; 2 - ; 3 -

 

     Термическая обработка сплава ВТ22 по назначенным режимам не приводит к существенному изменению размера зерна.

     Высоким сочетанием механических свойств обладает структура с величиной микрозерна 0,4-0,5 мм. Сплав сохраняет высокую прочность, имеет максимальную трещиностойкость и успешно используется для изготовления высоконагруженных деталей и узлов, работающих до температур 350-400° С – лонжероны, стрингеры, шпангоуты, корпуса и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     Микроструктура ВТ22

 

Вопрос №5. Древесные материалы. Укажите их свойства, достоинства и недостатки, а также область применения в машиностроении.

 

     Древесные материалы (натуральная древесина, шпон, фанера, плиты, прессованная и гнутая древесина) широко применяют в промышленности как конструкционные поделочные материалы для изготовления различных деталей в сельскохозяйственном машиностроении, моделей в литейном производстве, разрезных вкладышей и втулок в общем машиностроении, шестерен (работающих при ударных нагрузках), деталей кузовов автомобилей, а также тары и т.д.

    Древесина обладает значительной прочностью, легко обрабатывается инструментом, имеет малый коэффициент звуко-, электро- и теплопроводности и небольшую объемную массу. Однако натуральная древесина легко загорается, подвержена гниению, изменению объема и короблению при изменении влажности, она обладает различной механической прочностью вдоль и поперек волокон и  пр.

     Для предотвращения древесины от загорания и гниения ее пропитывают антипиренами (огнезащитными составами) и антисептиками. Древесные поделочные материалы получают из стволовой части срубленных деревьев различных пород - сосны, ели, дуба, бука, березы, липы, кедра и др.

     Техническая характеристика древесины включает влажность, объемную массу, предел прочности при растяжении и сжатии вдоль волокон и при изгибе.