Контрольная работа по "материаловедению"

 

Сталь марки Р9Ф5 обладает повышенной износостойкостью, незначительно повышенной красностойкостью и низкой шлифуемостью. Применяется для режущего инструмента отделочных (чистовых) операций, при срезании тонких слоев стружки с незначительным разогревом инструмента. В этих условиях у стали Р9Ф5 особенно высокая износостойкость. Рекомендуется она также для обработки пластических масс, жаропрочных сплавов и сплавов на основе титана, для обработки стали средней твердости. Сталь марки Р14Ф4 по свойствам занимает промежуточное положение между сталью марок Р9Ф5 и Р18Ф2. Типовые режимы термической обработки инструментов из быстрорежущей стали марок Р18 и Р9.

Предварительная термическая обработка.

1. Заготовки упаковывают в ящики и помещают в печь, разогретую до 500−600°; нагрев до 830−850° со скоростью 200−250° в час; выдержка 2−3 часа. Твердость после отжига НВ 207−255.

2. Нагрев до температуры 830−850° по режиму полного отжига. Охлаждение со скоростью 30−40°/час до 720−750°; изотермическая выдержка 4−6 час, дальнейшее охлаждение до 600−650° в печи со скоростью 40−50°/час, а затем на воздухе. Структура быстрорежущей стали после отжига − сорбитообразный перлит и избыточные карбиды. Твердость НВ 217−255.

3. Для улучшения чистоты поверхности при резании: 3, 920−950°, м или возд; О, 700−720°, = 2 3 час; твердость НВ 260−270. В структуре литой бысторежущей стали присутствует сложная эвтектика, напоминающая ледебурит. В результате горячей механической обработки (ковки) сетка ледебуритной эвтектики дробится. Для снижения твердости, улучшения обработки резанием и подготовки структуры стали к закалке после ковки быстрорежущую сталь подвергают отжигу при 800 - 860 °С. Для придания теплостойкости стали инструменты подвергают закалке и многократному отпуску (рис. 1).

 

Рисунок 1. График термической обработки быстрорежущей стали.

 

Температура закалки быстрорежущей стали принимают в интервале 1200 - 1290 °С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает получение после закалки мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью. Однако даже при очень высоком нагреве растворяется только часть карбидов, примерно 30 - 60 % от имеющихся у различных марок быстрорежущих сталей.

      Рисунок 2. Схема микроструктуры быстрорежущих сталей.

 

а) Литая и отожженная - сорбитообразный перлит + карбиды + ледебуритная эвтектика

б) Горячедеформированная и отожженная - сорбитообразный перлит + карбиды

в) Закаленная - мартенсит закалки + аустенит остаточный + карбиды г) Отпущенная - мартенсит отпуска + карбиды.

3. Для изготовления силовых лопаток авиационных газовых турбин выбран сплав ХН77ХЮР (ЭИ437Б). Укажите состав и определите группу сплава по назначению. Назначьте режим термической обработки и опишите влияние температуры на характеристики жаропрочности этого сплава в сравнении с жаропрочными сталями.

 

Таблица 8. Сплав ХН77ХЮР (ЭИ437Б).

Марка	Сплав ХН77ТЮР (ЭИ437Б)
Классификация	Сплав жаропрочный
Возможные обозначения в литературе	сплав ХН77ТЮР, ХН77ТЮР, ХН77ТЮР-ВД, ЭИ437Б, ЭИ437Б-ВД
Заменители	сплав ХН35ВТЮ
Назначение
Сплав ХН77ТЮР применяется: для изготовления дисков, колец, лопаток турбин и других деталей, работающих при температурах до 750 °С. Примечание Жаропрочный сплав на никелевой основе. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации в течение ограниченного времени − 750 °C. Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде 1050 °C.
Подробные характеристики материала сплав ХН77ТЮР содержатся в марочнике, в котором представлены 1604 марок металлов и сплавов. На примере стали 20 мы можем посмотреть как выглядит подробное отображение характеристик материала в марочнике металлов и сплавов.
Обозначения
Механические свойства: sв - Предел кратковременной прочности, [МПа] sТ - Предел текучести, [МПа] s0,2 - Предел пропорциональности (допуск на остаточную деформацию - 0,2%), [МПа] d5 - Относительное удлинение при разрыве, [ % ] y - Относительное сужение, [ % ] KCU - Ударная вязкость, [ кДж / м2] HB - Твердость по Бринеллю, [МПа] HV - Твердость по Виккерсу, [МПа] HSh - Твердость по Шору, [МПа] Физические свойства: T - Температура, при которой получены данные свойства, [Град] E - Модуль упругости первого рода, [МПа] a - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град] l - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)] r - Плотность материала , [кг/м3] C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 200 - T ), [Дж/(кг·град)] R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

 

Таблица 9. Влияние способа выплавки на кратковременную и длительную прочность жаропрочных деформируемых сплавов.

Метод выплавки	Марка сплава	Длительная прочность	Кратковременный разрыв
		t,°C	У кгс/ ммІ	t, ч	t,°C	Ув Кгс/ ммІ	у	ш
Открытая плавка в дуговой печи	ХН77ТЮР.	700	44	153	700	86	20	25
Вакуумный дуговой переплав	(ЭИ437Б)	700	44	157	700	85	20	24
Открытая плавка в дуговой печи	ХН70ВМТЮ	850	20	82	800	76	4,4	10.5
Вакуумный дуговой переплав	(ЭИ617)	850	20	114	800	80	10	15

 

Жаропрочность - способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени. При температурах до 600°С обычно применяют термин теплоустойчивость. Можно дать более строгое определение жаропрочности.

Жаропрочность - напряжение, вызывающее заданную деформацию, не приводящую к разрушению, которое способен выдержать металлический материал в конструкции при определенной температуре за заданный отрезок времени. Если учитываются время и напряжение, то характеристика называется переделом длительной прочности; если время, напряжение и деформация - пределом ползучести.

Ползучесть - явление непрерывной деформации под действием постоянного напряжения. Длительная прочность - сопротивление материала разрушению при длительном воздействии температуры.

Жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.

Классификация жаропрочных материалов.

Стали и сплавы, предназначенные для работы при повышенных и высоких температурах, должны обладать требуемой жаропрочностью и иметь достаточное сопротивление химическому воздействию газовой среды (жаростойкость) в течение заданного ресурса эксплуатации.

Теперь приведем несколько классификаций сплавов и сталей, которые работают при повышенных и высоких температурах. По способу производства можно выделить литейные и деформируемые жаропрочные стали и сплавы.

Самой распространенной является классификация по составу и структуре. Стали и сплавы, предназначенные для работы при повышенных и высоких температурах, подразделяют на группы:

теплоустойчивые стали, работающие в нагруженном состоянии при температурах до 600°С в течение длительного времени;

жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью;

жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 550°С и обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах.

К группе теплоустойчивых сталей относят углеродистые, низколегированные и хромистые стали. Их структура зависит от степени легирования и режима термической обработки стали.

К жаропрочным относят стали аустеиитного класса на хромоникелевой и хромоникельмарганцевой основах с различным дополнительным легированием. Жаропрочные сплавы разделяют по металлу основы: сплавы на основе никеля и кобальта. Эти сплавы чаще всего подразделяют и по способу производства: на деформируемые и литые.

Жаростойкие стали и сплавы разделены на следующие группы: хромоникелевые аустенитные стали и сплавы на хромоникелевой основе, хромокремнистые стали мартенситного класса, хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса.

Существуют различные схемы нагружения жаропрочных материалов: статические растягивающие, изгибающие или скручивающие нагрузки, термические нагрузки вследствие изменений температуры, динамические переменные нагрузки различной частоты и амплитуды, динамическое воздействие скоростных газовых потоков на поверхность.

Жаропрочные стали и сплавы на никелевой основе

В настоящее время сплавы на никелевой основе имеют наибольшее значение в качестве жаропрочных материалов, предназначенных для работы при температурах от 700 да 1100°С. Они применяются при изготовлении деталей ракетнокосмической техники, в газовых турбинах двигателей самолетов, кораблей, энергетических установок, в нефтехимическом оборудовании.

Применяемые никелевые сплавы подразделяют на деформируемые и литые. При создании деформируемых сплавов необходимо обеспечить сплавам достаточную технологическую пластичность при обработке давлением, в том числе при температурах 700-800 °С, а литые сплавы должны иметь удовлетворительные литейные свойства (жидкотекучесть, пористость).

Сплав ХН77ТЮР (ЭИ437Б и ЭИ437БУВД)

Применение - в турбостроении (рабочие лопатки, турбинные диски, кольца и другие детали газовых турбин) для службы при температурах до 750 °С.

Химический состав по ГОСТ 5632-72, ТУ 14-1-402-72, % (по массе):

а) сплава(ЭИ437Б) - 19-22 Cr; 2,4-2,8 Ti; 0,6-1,0 Al; <= 4,0 Fe; <= 0,4 Mn; <= 0,6 Si; <= 0,07 С; <= 0,01 В; <= 0,02 Се; <= 0,007S; <= 0,015 P; остальные никель;

б) сплава ЭИ437БУ - 19-22 Cr; 2,5-2,9 Ti; 0,6-1,0 Al; <= 0,4 Mn; <= 0,6 Si; <= 0,07 C;<= 0,01 B; <= 0,02Ce; <= 0,007 S; <= 0,015P; остальное никель.

Технологические данные:

сплав выплавляется в открытых дуговых или индукционных печах и с применением вакуумного дугового переплава;

температура деформации - начало 1180, конец не ниже 900 °С, охлаждение после деформации иа воздухе;

 

Таблица 10. Технологические данные.

Рекомендуемые режимы термической обработки: ХН77ТЮР (ЭИ437Б) - нагрев до 1080 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе; старение при 700 или 750 °С, выдержка 16 ч, охлаждение иа воздухе; ХН77ТЮР (ЭИ437БУ) - нагрев до 1080 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе; старение при 750 или 775 "С, выдержка 16 ч, охлаждение на воздухе. Жаростойкость сплавов в воздушной среде
t, °С	τ, ч	δm, г/(м2·ч)
800	100	0,0387
800	200	0,0173
900	100	0,0680
900	200	0,0510

 

 

4. Для изготовления ряда деталей в судостроении применяется латунь ЛО70-1. Укажите состав и опишите структуру сплава. Приведите общую характеристику механических свойств сплавов, причины введения олова в данную латунь.

дефект сталь пластмасса латунь

Таблица 11. Характеристика материала ЛО70-1.

Марка :	ЛО70-1
Классификация :	Латунь, обрабатываемая давлением
Применение:	для изделий высокой коррозионной и эрозионной стойкости