Реферат: Свойства машиностроительных материалов. Реферат материаловедение

Чебоксарский институт экономики и менеджмента

Кафедра математики и информационных технологий

I . Производство стали в мартеновских печах 4

Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д. И. Менделеева.

Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.

Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей. Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь – важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д. Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы.

Мартеновский процесс был разработан в 1865 г. французскими металлургами отцом Э. Мартеном и сыномП. Мартеном.

Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной регенеративной печью.

1, 2 — газовые и воздушные регенераторы; 3, 4 -газовые и воздушные каналы в головке печи; 5 — рабочее пространство печи; 6 -подина печи; 7 — свод печи; 8 -завалочные окна

Сущность мартеновского процесса состоит в переработке чугуна и металлического лома на паду отражательной печи. В мартеновском процессе в отличие от конвертерного не достаточно тепла химических реакций и физического тепла шихтовых материалов. Для плавление твердых шихтовых материалов, для покрытия значительных тепловых потерь и нагрева стали до необходимых температур в печь подводиться дополнительное тепло, получаемое путем сжигания в рабочем пространстве топлива в струе воздуха, нагретого до высоких температур.

Для обеспечение максимального использования подаваемого в печь топлива (мазут или предварительно подогретые газы) необходимо, чтобы процесс горения топлива заканчивался полностью в рабочем пространстве. В связи с этим в печь воздух подается в количестве, превышающем теоретически необходимое. Это создает в атмосфере печи избыток кислорода. Здесь также присутствует кислород, образующийся в результате разложения при высоких температурах углекислого газа и воды.

Таким образом, газовая атмосфера печи имеет окислительный характер, т. е. в ней содержится избыточное количество кислорода. Благодаря этому металл в мартеновской печи в течение всей плавки подвергается прямому или косвенному воздействию окислительной атмосферы.

Для интенсификации горения топлива в рабочем пространстве часть воздуха идущего на горение, может заменяться кислородом. Газообразный кислород может также подаваться непосредственно в ванну (аналогично продувке металла в конвертере).

В результате этого во время плавки происходит окисление железа и других элементов, содержащихся в шихте. Образующиеся при этом оксиды металлов FeO, Fe2 O3, MnO, CaO, P2 O5, SiO2 и др. Вместе с частицами постепенно разрушаемой футеровки, примесями, вносимыми шихтой, образуют шлак. Шлак легче металла, поэтому он покрывает металл во все периоды плавки.

Шихтовые материалы основного мартеновского процесса состоят, как и при других сталеплавильных процессах, из металлической части (чугун, металлический лом, раскислители, легирующие) и неметаллической части (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит).

Чугун может применятся в жидком виде или в чушках. Соотношение количества чугуна и стального лома в шихте может быть различным в зависимости от процесса, выплавляемых марок стали и экономических условий.

По характеру шихтовых материалов основной мартеновский процесс делиться на несколько разновидностей, наибольшее распространение из которых получили скрап-рудный и скрап-процессы.

При скрап-рудном процессе основную массу металлической шихты (от 55 до 75 %) составляет жидкий чугун. Этот процесс широко применяется на заводах с полным металлургическим циклом.

При скрап-процессе основную массу металлической массы шихты (от 55 до 75 %) составляет металлический лом. Чугун (25 — 45 %), как правило, применяется в твердом виде. Таким процессом работают заводы, на которых нет доменного производства.

Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полую форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердевания металла в форме получается отливка — заготовка или деталь. Отливки широко применяют в машиностроении, металлургии и строительстве.

Можно получать отливки различной массы (от нескольких граммов до сотен тонн), простой и сложной формы из чугуна, стали, сплавов меди и алюминия, цинка и магния и т.д. Особенно эффективно применение отливок для получения фасонных изделий сложной конфигурации, которые невозможно или экономически нецелесообразно изготавливать другими методами обработки металлов (давлением, сваркой, резанием), а также для получения изделий из малопластичных металлов и сплавов.

При всем разнообразии приемов литья, сложившихся за длительный период развития его технологии, принципиальная схема технологического процесса литья практически не изменилась за более чем 70 веков его развития и включает четыре основных этапа: плавку металла, изготовление формы, заливку жидкого металла в форму, извлечение затвердевшей отливки из формы.

До середины нашего столетия литейный способ считался одним из важнейших методов получения фасонных заготовок. Масса литых деталей составляла около 60 % от массы тракторов и сельскохозяйственных машин, до 70 % — прокатных станов, до 85 % — металлорежущих станков и полиграфических машин. Однако наряду с такими достоинствами литейного производства, как относительная простота получения и низкая стоимость отливок (особенно из чугуна), возможность изготовления сложных деталей из хрупких металлов и сплавов, он имеет и ряд существенных недостатков: прежде всего довольно низкая производительность труда, неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок, а следовательно, и их более низкие, чем заготовок, полученных обработкой давлением, прочностные характеристики.

За годы XI пятилетки в СССР значительно возрос выпуск литейного оборудования. Освоено производство автоматических линий формовки, заливки и выбивки отливок, созданы комплекты современного смесеприготовительного оборудования, освоен выпуск целой гаммы машин для специальных способов литья, существенно возрос уровень механизации и автоматизации технологических процессов.

Основными направлениями экономического развития СССР на период до 2000 года предусматривается значительное ускорение развития машиностроения. Немалый вклад в решение поставленных задач может внести реконструкция и модернизация литейного производства, замена устаревшего оборудования высокопроизводительными литейными автоматами и полуавтоматами, робототехническими комплексами. Большой резерв экономии металла, снижения материалоемкости продукции машиностроения состоит в увеличении доли литья из легированных сталей и высокопрочного чугуна, а также точного литья, получаемого специальными способами.

Важнейшие свойства сплавов: высокая жидкотекучесть, малая усадка, небольшая склонность к образованию литейных напряжений, незначительная ликвация примесей, мелкокристаллическое строение.

Жидкотекучесть. Способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и стержней называют жидкотекучестью. О жидкотекучести сплавов судят по длине (в см) заполненной части формы. Жидкотекучесть сплавов увеличивается с повышением температуры перегрева сплава. Однако во избежание появления брака по усадке, пригару формовочной смеси и трещинам температура сплава при заливке форм должна быть умеренно высокой.

Усадка. Процесс уменьшения линейных размеров и объема жидкого сплава в форме при охлаждении называют усадкой. В литейном производстве различают объемную и линейную усадку сплавов.

Объемной усадкой называют разность между объемом полости формы и объемом отливки после ее охлаждения. Линейной усадкой называют разность между линейными размерами формы и остывшей отливки.

В практике литейного производства усадку обычно выражают в процентах по отношению к первоначальному объему жидкого сплава (объемная усадка) или к первоначальным линейным размерам в полости формы (линейная усадка). Величина усадки зависит от химического состава сплава. Так, повышение содержания углерода и кремния и уменьшение содержания марганца и серы в чугуне приводят к уменьшению усадки.

Для борьбы с линейной усадкой следует размеры модели делать больше размеров отливки на величину литейной усадки. Борьба же с усадочными раковинами и пористостью более трудна. К основным

мерам предупреждения усадочных раковин и пористости относятся:

достаточное питание отливки путем увеличения сечения литниковой

системы, установка прибылей, применение холодильников, улучшение конструкции отливки.

Литейные напряжения. В отливке в процессе ее остывания в форме возникают литейные напряжения: вследствие неравномерной усадки — усадочные напряжения; ввиду неодинаковой скорости остывания отдельных частей отливки — термические напряжения; в связи с изменением кристаллического строения отливки — фазовые напряжения.

Усадке практически всегда в той или иной степени препятствуют болваны, стержни и т. п., и поэтому в разных частях отливки получается неравномерная усадка.

В некоторых сплавах в процессе охлаждения изменяются структура и размеры отдельных зерен, вследствие чего увеличивается или уменьшается объем отливок. Эти изменения в тонких и толстых частях отливки совершаются в разное время.

Литейные напряжения в отливках, вызванные этими явлениями, могут привести к образованию горячих и холодных трещин, короблению отливки.

Ликвация. При затвердевании сплава, залитого в форму, на протяжении всего времени его остывания происходит процесс выравнивания химического состава по всему сечению отливки. Однако этот процесс протекает медленно, вследствие чего в отдельных частях отливки, а также в отдельных зернах сплава, наблюдается химическая неоднородность, называемая ликвацией. Обычно ликвация обусловливается тем', что отдельные составляющие сплава, имеющие неодинаковую плотность и различные температуры затвердевания, отделяются от основной массы сплава как в жидком состоянии, так и при его затвердевании.

Ликвация уменьшается при понижении температуры и скорости заливки, а также при ускорении затвердевания отливки. Наибольшей склонностью к ликвации отличаются сплавы с большим содержанием свинца.

Строение (структура) сплавов. Наилучшие свойства имеют сплавы в том случае, когда их структура получается мелкокристаллической и без промежуточных пленок, ослабляющих связь между отдельными кристаллами (или группами кристаллов). Обычно в литейных сплавах рассматриваются не отдельные кристаллы, которые очень малы, а группы кристаллов, образующие кристаллиты или зерна.

Уменьшение размеров зерен сплава достигается понижением температуры и скорости заливки и в особенности увеличением скорости охлаждения при затвердевании отливки. Для того чтобы придать сплаву мелкозернистую структуру, в него вводят особые добавки — модификаторы.

Сталь 25Л имеет небольшое количество углерода и из-за этого высокую температуру плавления, для того, чтобы процесс заливки происходил нормально, сталь нужно нагреть до температуры примерно 1560° С.

Сталь 25Л имеет ферритно-перлитную структуру.

Марганец вводится в сталь для раскисления и остаётся в ней в количестве 0,3...0,8%. Мn уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Кремний — полезная примесь, вводится в сталь в качестве активного раскислителя в количестве до 0,4%.

Сера – вредная примесь, вызывает красноломкость стали, в стали она находится в виде сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления и располагающуюся по границам зёрен, при горячей деформации границы зерен оплавляются и сталь хрупко разрушается. От красноломкости предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS исключающие образование легкоплавкой эвтектики..

Фосфор – вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но снижает вязкость при пониженных температурах.

Человек с самого раннего возраста привыкает к окружающим его металлическим предметам домашнего обихода. Мы к ним настолько привыкли, что не замечаем и не задумываемся, откуда они берутся.

Современную жизнь нельзя представить без таких металлов и сплавов, как чугун, сталь, алюминий, медь, титан, бронза, золото, серебро и др. Будущее человечества тесно связано с использованием новых сплавов и металлов на металлической основе. Металл – фундамент современной цивилизации, основа основ технического прогресса. И чем выше поднимается человечество по ступеням развития, тем больше его нужда в металлах.

Большинство металлов, из которых изготовляются сплавы, находится в земной коре не в чистом виде, а в химическом соединении с другими элементами. Такие природные соединения металлов, содержащие различные посторонние примеси, называются рудами. Из этих руд после их подготовки на металлургических заводах получают чистые металлы или сплавы.

Фасонные отливки из различных сплавов применяются во всех отраслях промышленности, строительства и быта. Особенно велика роль фасонных отливок в машиностроении. Область применения литых деталей все время расширяется.

Стальные литые детали используют в труднейших условиях эксплуатации — при вибрационных и знакопеременных нагрузках, в разных агрессивных средах.Надёжность применения литых деталей проверена в течение многих лет эксплуатации различных машин и оборудования. Технический прогресс вызвал повышение требований к качеству литых детале

Как называется обрабока, состоящая в насыщении поверхности стали азотом и углеродом в газовой среде?

1. В.Г. Антипин, С.З. Афонин, Л.К. Косырев «О направлении развития и структуре сталеплавильного производства», «Сталь» №3 1993 г.

2. Дмитрий Леонтьев «Черная металлургия России не ждет помощи от государства», «Финансовые известия» №45 1993 г.

3. О.Н. Сосковец «Техническое перевооружение и развитие металлургии в России», «Сталь» №6 1993 г.

4. В.И. Явойский и другие «Металлургия стали», «Металлургия», 1983 г.

5. П.П. Арсентьев и другие «Конвертерный процесс с комбинированным дутьем», «Металлургия», 1991 г.

6. М.П. Клюев «Лекции по металлургии стали», С.С. Аникушин, Москва, 1993 г.

7. Марочник сталей и сплавов, Машиностроение, 1989 г.

Реферат - Свойства машиностроительных материалов

Кафедра материаловедения итехнологии материалов

Раздел I

1.6. Конструкционные (машиностроительные)цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали.

1.7. Конструкционные (машиностроительные) улучшаемыелегированные стали.

1.8. Стали с повышенной обрабатываемостью резанием.

1.9. Мартенситно-стареющиевысокопрочные стали.

1.10. Высокопрочные стали с высокой пластичностью(ТРИП- или ПНП-стали)

1.11. Рессорно-пружинные стали общего назначения.

1.14. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали исплавы.

2.3. Стали для штампов холодного деформирования.

2.4. Стали для штампов горячего деформирования.

3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами.

3.3. Стали и сплавы с высоким электрическимсопротивлением для нагревательных элементов.

3.4. Сплавы с заданным температурным коэффициентомлинейного расширения.

6.3. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемыетермической обработкой.

6.4. Деформируемые алюминиевые сплавы, неупрочняемые термической обработкой.

9. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы наоловянной, свинцовой, цинковой и алюминиевой основах.

10. Композиционные материалы с металлическойматрицей.

Раздел II

1. Общие сведения о неметаллических материалах.

1.1. Особенности свойств полимерных материалов.

3. Композиционные материалы с неметаллическойматрицей.

4.1. Общиесведение, состав иклассификация резин.

5.1. Общие сведение, состав пленкообразующихматериалов.

5.2. Конструкционные, смоляные и резиновые клеи.

Конструкционными называютсястали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительныестали), конструкций и сооружений (строительные стали).

Углеродистые конструкционныестали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенногокачества изготавливаютследующих марок Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6 (с увеличением номера возрастаетсодержание углерода). Ст4 — углерода 0.18-0.27%, марганца 0.4-0.7%.

Стали обыкновенногокачества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Стали отливают в крупные слитки,вследствие чего в них развита ликвация и они содержат сравнительно большоеколичество неметаллических включений.

С повышением условногономера марки стали возрастает предел прочности (s

Из сталей обыкновенногокачества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы ипоковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве длясварных, клепанных и болтовых конструкций.

С повышением содержания встали углерода свариваемость ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с болеевысоким содержанием углерода применяют для элементов строительных конструкций,не подвергаемых сварке.

Качественные углеродистыестали выплавляют ссоблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки иразливки. Содержание S<=0.04%,P<=0.035¸

Качественные углеродистыестали маркируют цифрами 08, 10, 15,..., 85, которые указывают среднеесодержание углерода в сотых долях процента.

Низкоуглеродистые стали(С<0.25%) 05кп, 08, 07кп, 10,10кп обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. s

Стали без термическойобработки используют для малонагруженных деталей, ответственных сварныхконструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией.

Среднеуглеродистые стали(0.3-0.5% С) 30, 35,..., 55применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самыхразнообразных деталей во всех отраслях промышленности. Эти стали по сравнению снизкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности(s

Стали с высоким содержаниемуглерода(0.6-0.85% С) 60, 65,..., 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью иупругими свойствами. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, шпиндели,замковые шайбы, прокатные валки и т.д.

Легированные стали широкоприменяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильнойпромышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени встанкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это сталиприменяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.

Стали, в которых суммарноеколичество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся книзколегированным, содержащие 2.5-10% — к легированным, и более 10% квысоколегированным (содержание железа более 45%).

Наиболее широкое применениев строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении — легированные стали.

Легированные конструкционныестали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в началемарки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквысправа от цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит0.12% С, 2% Cr, 4% Niи относится к высококачественным, на что указываетв конце марки буква ²

Низко легированными называютстали, содержащие не более 0.22% С и сравнительно небольшое количествонедефицитных легирующих элементов: до 1.8% Mn, до1,2% Si,до0,8% Crи другие.

К этим сталям относятсястали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие. Стали ввиде листов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машиностроениидля сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки.Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются.

Для изготовления труббольшого диаметра применяют сталь 17ГС (s

Для армированияжелезобетонных конструкций применяют углеродистую или низкоуглеродистую сталь ввиде гладких или периодического профиля стержней.

Сталь Ст5сп2 — s

Для обеспечения высокой штампуемости отношение s

Конструкционные(машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые)легированные стали

Для изготовления деталей,упрочняемых цементацией, применяют низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали.Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, нодолжно обеспечить требуемую прокаливаемостьповерхностного слоя и сердцевины.

Хромистые стали15Х, 20Х предназначены дляизготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокимипрочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине илучшей прочности в цементируемом слое., чувствительна к перегреву, прокаливаемость невелика.

Сталь 20Х — s

Хромованадиевые стали. Легирование хромистойстали ванадием (0.1-0.2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Крометого, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют только дляизготовления сравнительно небольших деталей.

Хромоникелевые сталиприменяются для крупныхдеталей ответственного значения, испытывающих при эксплуатации значительныединамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевиныи цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительнойцементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом

Сталь 12Х2Н4А — s

Хромомарганцевые сталиприменяют во многих случаяхвместо дорогих хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеютменьшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми.

В автомобильной и тракторнойпромышленности, в станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.

Сталь 25ХГМ — s

Хромомарганцевоникелевыестали. Повышение прокаливаемости и прочности хромомарганцевых сталейдостигается дополнительным легированием их никелем.

На ВАЗешироко применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН и 14ХГН.

После цементации эти сталиимеют высокие механические свойства.

Сталь 15ХГН2ТА — s

Стали, легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость стали, делает сталь чувствительной кперегреву.

В промышленности длядеталей, работающих в условиях износа при трении, применяют сталь 20ХГР, атакже сталь 20ХГНР.

Сталь 20ХГНР — s

Конструкционные(машиностроительные) улучшаемые легированные стали

Стали имеют высокий пределтекучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях,работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости идостаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускнойхрупкости.

При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства,особенно сопротивление хрупкому разрушению — низкий порог хладноломкости,высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К1с.

Хромистые стали30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяютдля средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением содержанияуглерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

Сталь 30Х — s

Хромомарганцевые стали. Совместное легированиехромом (0.9-1.2%) и марганцем (0.9-1.2%) позволяет получить стали с достаточновысокой прочностью и прокаливаемостью (40ХГ). Однакохромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порогхладноломкости (от 20 до -60°

Сталь 40ХГТР — s

Хромокремнемарганцевыестали. Высоким комплексом свойствобладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС обладают высокойпрочностью и хорошей свариваемостью. Стали хромансилприменяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение).Стали хромансил склонны к обратимой отпускнойхрупкости и обезуглероживанию при нагреве.

Сталь 30ХГС — s

Хромоникелевые сталиобладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Ониприменяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающихпри динамических и вибрационных нагрузках.

Сталь 40ХН — s

Хромоникелемолибденовыестали.Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной хрупкостью, дляустранения которой многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждаютпосле высокого отпуска в масле, а более крупные детали в воде для устраненияэтого дефекта стали дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.

Сталь 40ХН2МА — s

Хромоникелемолибденованадиевыестали обладают высокойпрочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этомуспособствует высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются трудностьих обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов.Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорныхмашин.

Сталь 38ХН3МФА — s

Стали с повышеннойобрабатываемостью резанием

Наиболее часто применяютавтоматные стали А12, А20, А40, имеющие повышенное содержание серы (0.08-0.3%),фосфора (<=0.05%) и марганца (0.7-1.0%). Сталь 40Г содержит1.2-1.55% Mn.

Фосфор, повышая твердость,прочность и охрапчивая сталь, способствуетобразованию ломкой стружки и получению высокого качества поверхности.

Стали обладают большойанизотропией механических свойств, склонны к хрупкому разрушению, имеютпониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяютлишь для изготовления неответственных изделий — преимущественно нормалей илиметизов.

Широкое применение в техникеполучила высокопрочная мартенсито-стареющая стальН18К9М5Т (<=0.03% С, ~18% Ni, ~9% Co, ~5% Mo, ~0.6 Ti).

Кроме стали Н18К9М5Т нашлиприменение менее легированные мартенсито-стареющиестали: Н12К8М3Г2, Н10Х11М2Т (s

Мартенсито-стареющиестали применяют вавиационной промышленности, в ракетной технике, в судостроении, вприборостроении для упругих элементов, в криогенной технике и т.д. Эти сталидорогостоящие.

Высокопрочные стали свысокой пластичностью

Метастабильные высокопрочныеаустенитные стали называют ТРИП-сталямиили ПНП-сталями. Эти стали содержат 8-14% Cr, 8-32%Ni, 0.5-2.5%Mn, 2-6% Mo, до 2% Si(30Х9Н8М4Г2С2 и 25Н25М4Г1).

Механические свойства ПНП-сталей: s

Широкому применению ПНП-сталей препятствует их высокая легированность,необходимость использования мощного оборудования для деформации присравнительно низких температурах, трудность сварки. Эти стали используют дляизготовления высоконагруженных деталей, проволоки, тросов, крепежных деталей идр.

Рессорно-пружинные сталипредназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различногоназначения. Они должны обладать высоким сопротивлением малым пластическимдеформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью при достаточнойпластичности и вязкости.

Для пружин малого сеченияприменяют углеродистые стали 65, 70,75, 85. Сталь 85 — s

Более часто для изготовленияпружин и рессор используют легированные стали.

Стали 60С2ХФА и 65С2ВА,имеющие высокую прокаливаемость, хорошую прочность ирелаксационную стойкость применяют для изготовления крупных высоконагруженныхпружин и рессор. Сталь 65С2ВА — s

Для изготовленияавтомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по техническимсвойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуетсясталь 50ХФА, не склонная к перегреву и обезуглероживанию.

Для изготовления тел каченияи подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистуюхромистую сталь ШХ15 (0.95-1.0% С и 1.3-1.65% Cr),а больших сечений — хромомарганцевую сталь ШХ15СГ (0.95-1.05% С, 0.9-1.2% Cr, 0.4-0.65% Siи 1.3-1.65% Mn),прокаливающуюся на большую глубину.Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактнойусталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержаниюнеметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостноеразрушение. Недопустима также карбидная неоднородность.

Для изготовления деталейподшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ. После газовойцементации, высокого отпуска, закалки и отпуска детали подшипника из стали20Х2Н4А имеют на поверхности 58-62 HRCи в сердцевине 35-45 HRC.

Для деталей, работающих наизнос в условиях абразивного трения и высоких давлений и ударов, применяютвысокомарганцевую литую аустенитную сталь 110Г13Л,содержащую 0.9-1.3% С и 11,5-14.5% Mn. Она обладает следующимимеханическими свойствами: s

Сталь 110Г13Л обладаетвысокой износостойкостью только при ударных нагрузках. При небольших ударныхнагрузках в сочетании с абразивным изнашиванием либо при чистом абразивномизнашивании мартенситное превращение не протекает и износостойкость стали110Г13Л невысокая.

Для изготовления лопастейгидротурбин и гидронасосов, судовых гребных винтов и других деталей, работающихв условиях изнашивания при кавитационной эрозии,применяют стали с нестабильным аустенитом 30Х10Г10,0Х14АГ12 и 0Х14Г12М, испытывающим при эксплуатации частичное мартенситное превращение.

Коррозийно-стойкие ижаростойкие стали и сплавы

Жаростойкие стали и сплавы. Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь главнымобразом хрома, а также алюминия или кремния, т. е. Элементов, находящихся втвердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки оксидов(Cr, Fe)2O3, (Al, Fe)2O3.

Для изготовления различногорода высокотемпературных установок, деталей печей и газовых турбин применяютжаростойкие ферритные (12Х17, 15Х25Т и др.) и аустенитные(20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2 и др.) стали, обладающие жаропрочностью.

Сталь 12Х17 — s

Коррозионно-стойкие стали устойчивы к электрохимической коррозии.

Стали 12Х13 и 20Х13применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихсяударным нагрузкам (клапанов гидравлических прессов, предметов домашнегообихода), а также изделий, испытывающих действие слабо агрессивных сред(атмосферных осадков, водных растворов солей органических кислот).

Стали 30Х13 и 40Х13используют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т. д.

Стали 15Х25Т и 15Х28используют чаще без термической обработки для изготовления сварных деталей,работающих в более агрессивных средах и не подвергающихся действию ударныхнагрузок, при температуре эксплуатации не ниже -20°

Сталь 12Х18Н10Т получиланаибольшее распространение для работы в окислительных средах (азотная кислота).

Сталь 12Х13 — s

Коррозионно-стойкие сплавына железоникелевой и никелевой основе. Сплав 04ХН40МДТЮ предназначен для работы прибольших нагрузках в растворах серной кислоты.

Для изготовления аппаратуры,работающей в солянокислых средах, растворах серной ифосфорной кислоты, применяют никелевый сплав Н70МФ. Сплавы на основе Ni-Moимеют высокое сопротивление коррозии в растворахазотной кислоты.

Для изготовления сварнойаппаратуры, работающей в солянокислых средах,применяют сплав Н70МФ.

Наибольшее распространениеполучил сплав ХН65МВ для работы при повышенных температурах во влажном хлоре, солянокислых средах, хлоридах, смесях кислот и другихагрессивных средах.

Сталь Н70МФ — s

Двухслойные сталинашли применение длядеталей аппарату

Реферат - Материаловедение - Разное

Министерство общего и профессионального образования РФ

Камский государственный политехнический институт

Программа, методические указания и контрольные задания для студентов-заочников технических специальностей.

Материаловедение. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов – заочников технических специальностей. Составитель: В.И. Астащенко, Наб. Челны, КамГПИ, 2002г.

Методические указания по курсу «Материаловедение» составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по подготовке специалистов машиностроительного профиля, утверждённого государственным комитетом РФ по высшему образованию. Представлены основные разделы дисциплины для самостоятельного изучения студентами заочной формы обучения. Составлены и приведены варианты заданий для выполнения контрольной работы. В приложении представлены диаграммы двойных сплавов и диаграмма «Железо-карбид железа». После каждой темы программы приведены методические указания.

Работа выполнена на кафедре «Машины и технология литейного производства».

Рецензент: Главный специалист по термической обработке ОАО КамАЗ В.Г. Козлов.

Печатается в соответствии с решением научно-методического совета факультета автоматизации и прогрессивных технологий Камского государственного политехнического института

2002г.ВВЕДЕНИЕ Материаловедение – наука, изучающая строение и свойства материалов в зависимости от их состава и условий обработки.

Курс материаловедение включает в себя два направления, а именно раздел по металловедению и термической обработке металлов и сплавов и раздел по неметаллическим материалам. Раздел металловедения изучает связь между состоянием, строением и свойствами металлов и сплавов и закономерности их изменения при воздействии различных факторов (тепловых, химических, механических, электромагнитных и т.д.). Раздел по неметаллическим материалам в основном посвящён изучению пластмасс.

При конструировании и изготовлении машин и приборов, организации их эксплуатации и ремонта инженер постоянно сталкивается с машиностроительными материалами и их использованием.

Для выпуска высококачественной продукции особое значение приобретают изучение свойств промышленных металлических материалов, разработка и внедрение в промышленность новых высокопрочных и технологичных сплавов, применение новейших методов их контроля и исследования.

Изучение курса «Материаловедение» должно дать будущим специалистам:

Знание об основных закономерностях, определяющих строение, состав и свойства материалов;

Представление об основных методах испытания материалов и принципом работы с приборами и машинами;

Умение самостоятельного пользования технической и справочной литературой и дать достаточные знания для выбора основных промышленных, а также новых перспективных материалов и эффективных методов их обработки для обеспечения надёжности и долговечности, изготавливаемых из них изделий;

Знание о перспективах развития и методах упрочнения рабочих поверхностей деталей.

Теоретической основой данного курса является соответствующие разделы дисциплины «Химия» (используются знания законов протекания химических реакций окисления и восстановления металлов, понятие о константах равновесия и т.д.), «Физика» (используются знания законов об агрегатном состоянии веществ и фазовых превращениях), «Технология конструкционных материалов» (используются знания атомно-кристаллического строения металлов и сплавов, кристаллизация, методы определения механических свойств материалов, понятие деформации и разрушения металла, маркировка черных и цветных металлов и сплавов и т.д.)

Вместе с другими дисциплинами студенты получают необходимую общеинженерную и технологическую подготовку необходимую как на производстве, так и при работе в научно-исследовательских и проектных институтах.

В таблице 1 приведены учебные планы для различных технических специальностей с указанием времени изучения дисциплины и выполнения контрольной работы, распределения общего объёма часов по видам занятий и формы итогового контроля с учётом базового образования студентов.

Согласно, учебного плана (см. табл.1) студент выполняет одну контрольную работу, состоящую из пяти заданий. Вариант контрольной работы должен строго соответствовать учебному шифру студента (см. группа №1-стр.34; группа №2-стр.52).

Выполненную контрольную работу студент обязан выслать в институт или представить на кафедру за месяц до начала установочно-экзаменационной сессии. Экзамен принимается после зачтения контрольной работы. На странице 70 приводится перечень рекомендуемой литературы. В основной литературе освещены все вопросы программы. Использование дополнительной литературы позволит более глубокому изучению отдельных вопросов. В каждом разделе приводится программа, методические указания и литература с указанием конкретных страниц.

^ Программа и методические указания к темам дисциплины.

Структурная схема основных материалов применяемых в машиностроении. Основные свойства характеризующие металлы. Новые материалы для изделий машиностроительной промышленности.

Материалы, используемые в народном хозяйстве можно условно разделить на две группы: металлы и металлические сплавы и неметаллы. Первую группу составляют чёрные и цветные металлы и сплавы. Железо и сплавы на его основе (чугун, сталь, ферросплавы) называют чёрными. На основе железа изготавливают около 95% всех конструкционных и инструментальных материалов. Это связано с большим содержанием его в земной коре, низкой стоимостью и высокими технологическими и механическими свойствами. Остальные металлы (медь, никель, алюминий, золото, серебро и т.д.) и сплавы на их основе относят к цветным. Это металлы со специальными свойствами: малая плотность, химическая инертность, низкая или высокая температура плавления и т.д.

Металлы и металлические сплавы – тела кристаллические, атомы расположены в металлах в строго определённом порядке. Они обладают рядом характерных свойств: высокая термопроводимость и электрическая проводимость; положительный коэффициент электрического сопротивления; хорошая отражательная способность; высокая способность к пластической деформации.

В современной технике широко применяют стали, которые обеспечивают высокую конструктивную прочность, а также сплавы, которые остаются прочными при высоких температурах, вязкими при температурах близких к абсолютному нулю, обладающие высокой коррозийной стойкостью в агрессивных средах или другими физико-химическими свойствами. Число новых сплавов постоянно растёт – это так называемые композиционные материалы, сплавы с памятью формы, обладающие эффектом сверх - пластичности и т.д.

Основу группы неметаллов составляют пластмасса, каучук, резина, стекло, керамика и т.д. Такие материалы при достаточной прочности обладают хорошей химической стойкостью, диэлектрическими свойствами и малой плотностью. Они технологичны и эффективны при использовании в различных отраслях машиностроения.

Каковы характерные свойства металлических материалов и неметаллов?

Что такое сталь, чугун, латунь, бронза, силумины и дюралюмины?

Какие материалы обладают свойствами анизотропии и изотропии?

Охарактеризуйте основные параметры кристаллической решётки и их связь со свойствами материалов?

Укажите причину изменения свойств материала под действием давления и температуры? Что такое полиморфные превращения?

Изучите строение материалов и сплавов в твёрдом состоянии. Необходимо чётко представлять, что такое твёрдый раствор, химическое соединение и механическая смесь. Изучите принцип построения диаграммы состояния сплавов. Типы диаграмм состояния. Научитесь пользоваться правилом фаз и отрезков и устанавливать фазовый состав сплава. Отчётливо представляйте связь между составом сплава и его свойствами с помощью правила Курнакова.

Сплав это вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. (компонентов). Строение сплава зависит от типа взаимодействия компонентов образующих сплав. В металлических сплавах возможно получение механической смеси, химических соединений и твёрдых растворов.

Составляющие сплав вещества могут вступать в химическое взаимодействие, образуя химические соединения по правилу валентности, или взаимно растворяться друг в друге, образуя растворы внедрения или замещения. Строением сплава может быть механическая смесь, если в твёрдом состоянии отсутствует механическое взаимодействие. Диафрагмы состояния сплава строят экспериментальным путём, которые представляются в графической форме и показывают изменение состава в зависимости от содержания компонентов и температуры. Диаграммы состояния позволяют определить, какую структуру будут иметь медленно охлаждённые сплавы, а также решить вопрос о том, можно ли добиться изменения микроструктуры в результате теплового воздействия (термической обработки сплава).

Вид диаграммы определяется характером взаимодействия, которые возникают между компонентами в жидком и твёрдом состояниях.

Типичными диаграммами состояния металлических сплавов являются диаграммы:

а) с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге;

б) с ограниченной растворимостью компонентов;

Концентрация компонентов и количество фаз у сплава определяется правилом отрезков. Это правило применимо только для двухфазных областей в двойных диаграммах состояния сплавов.

Общие закономерности сосуществования устойчивых фаз, отвечающих теоретическим условием равновесия, могут быть выражены правилом фаз.

К – количество компонентов составляющих сплав,

2 – число переменных (давление и температура).

Если принять, что все превращения в сплавах протекают при постоянном давлении, то правило фаз примет следующий вид.

При числе степеней свободы равной «о» система находится в равновесии при строго определённой температуре (жидкая и твёрдая фазы).

Свойства любого сплава зависят от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава.

В качестве примера по изучению фазового и структурного состояния сплавов рассмотрим диаграмму системы «олово-цинк» (Sn - Zn) (смотри приложение (рис. 1))

Согласно этой диаграммы линия АВС – линия ликвидус, а линия ДВЕ – солидус. Кроме того, линия ДВЕ соответствует температуре, при которой в процессе охлаждения сплавов в них протекает эвтектическая реакция с образованием эвтектики.

Сплавы системы «олово-свинец» в основном применяются в качестве мягких припоев.

При содержании  8% Zn и 92% Sn образуется эвтектический сплав. Температура его образования при кристаллизации соответствует 1990С.

В качестве припоев применяют сплавы с содержанием олова 90,70,60 и 40% марок ПОЦ – 90, ПОЦ – 70, ПОЦ – 60 и ПОЦ – 40.

Наилучшим из этой серии является сплав ПОЦ -90, так как он имеет самую низкую температуру кристаллизации 2020С. Эти сплавы имеют более высокую прочность, нежели оловянно свинцовистые сплавы.

При образовании смесей олово-цинк свойства сплава изменяются по линейному закону, следовательно, значения свойств сплава находятся в интервале между свойствами чистых компонентов.

Охарактеризуйте, что такое компонент, сплав, фаза и система?

Как проводят построения диаграмм состояния сплавов? Что такое линия солидус и ликвидус?

В чём различие между эвтектической, эвтектоидной и перитектической реакциями? Запишите их и проведите фазовый и структурный анализ?

В чём сущность и назначение правила Курнакова?

Что такое твердые растворы внедрения и замещения?

Изобразите основные виды диаграммы состояния сплавов? Проведите структурный и фазовый состав сплавов по этим диаграммам.

Диаграмма состояния «Железо-цементит». Построения кривых охлаждения (нагрева) для железоуглеродистых сплавов с применением правила фаз. Классификация углеродистых сталей по структуре, качеству и степени раскисления. Маркировка и назначение углеродистых сталей. Классификация и маркировка чугунов. Свойства, назначение и способы получения белых, серых ковких и высокопрочных чугунов. Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа и на превращение в сталях. Получение сталей ферритного, мартенситного, ледебуритного и аустенитного класса. Маркировка, свойства и назначения легированных сталей.

Наибольшее применение в промышленности имеют сплавы железа с углеродом – стали и чугуны. Поэтому изучение диаграммы состояния «железо-углерод» является основной задачей в подготовке специалистов машиностроительных предприятий. Указанная диаграмма (см. приложение рис. 2) показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита Fe3С (6,67% углерода). На диаграмме Fe – Fe3C показаны характерные точки и линии. Линия АВСД (линия ликвидус) показывает температуру начала кристаллизации из жидкого сплава кристаллов твердой фазы. Линия АНJЕF (линия солидус) является температурной границей, ниже которой сплавы находятся только в твёрдом состоянии. Характерными линиями являются также линия НJB, ECF и PSK. При температуре (14990С) (линия HJB) в сплавах протекает перитектическая реакция с образованием аустенита, состав которого по углероду соответствует точке «J».

При температуре 11470С (линия ЕСF) в процессе охлаждения в сплавах протекает эвтектическая реакция с образованием ледебурита (Л) - смеси состоящей из аустенита (А) и цементита (Ц).

Линия РSК – линия эвтектоидного превращения, которая при охлаждении соответствует распаду аустенита с образованием эвтектоида – феррито - цементитной структуры, получившей название перлит.

Используя диаграмму «железо-углерод» рассмотрим изменения фазового состава сплава с содержанием 0,45% углерода. В приложении на рисунке 3. приведена кривая охлаждения для такого сплава. Точки на кривой охлаждения соответствуют точкам указанным на диаграмме Fe – Fe3C (см. приложение рис.2)

При температуре 14990С во время охлаждения сплава протекает перитектическая реакция, сущность которой состоит в следующем:

Образующийся аустенит имеет состав соответствующий точке «J». По содержанию углерода это 0,16%.

При дальнейшем охлаждении сплава вплоть до температуры соответствующей точки 3 система состоит из аустенита и жидкости. Окончательный переход жидкости в аустенит завершается при этой температуре, между температурами точек 3 и 4 сплав имеет аустенитную структуру.

При температуре 7270С (точка 5) во время охлаждения сплава в нем протекает эвтектоидное превращение.

В результате этого превращения образуется механическая смесь, состоящая из феррита и цементита, то есть перлит. Содержание углерода в этой смеси – 0,8%. Последующее охлаждение до комнатной температуры не вызывает дополнительных превращений и структура сплава состоит из перлита и феррита.

В настоящее время в промышленности используется более 1500 марок сталей. По химическому составу стали, подразделяются на углеродистые и легированные. А любой стали, присутствуют постоянные (Si, Mn, S, P) и скрытые (О2, N2, Н2) примеси. По содержанию углерода стали, бывают доэвтектоидные (С0,8%) структура «перлит + феррит», эвтектоидные (С0,8%) структура «перлит », и заэвтектоидные (0,8 С 2,14%) структура «перлит + цемент». В зависимости от степени раскисления расплава Si, Mn и Аl стали, имеют различную степень загрязнения и называются спокойными (С.П.), полуспокойными (П.С.) и кипящими (К.П.). Наличие в стали серы и фосфора является основным критерием оценки её качества. В таблице 2 приведены предельно – допустимые содержания вредных примесей в стали различного качества.

Легированные стали – сплавы, в состав которых введены химические элементы для придания специальных свойств. Поэтому в маркировке стали в обязательном порядке указывают наличие такого элемента. Каждый легирующий элемент обозначают строго определённой буквой, а его количество указывают цифрой после буквенного обозначения. Отсутствие цифры означает, что такого легирующего элемента составляет  11,5% и менее. Условное обозначение, Х – хром; Н – никель; Т – титан; С – кремний; М – молибден; Ю – алюминий; Ф – ванадий; В – вольфрам; Д – медь; Г – марганец; К – кобальт; Б – ниобий; А – азот; Р – бор.

Примеры обозначения углеродистых и легированных марок сталей:

Ст. 0; Ст. 1Ст. 6- углеродистые стали обыкновенного качества. Цифра указывает на порядковый номер.

Сталь 10, Сталь 15 и т.д. – Стали углеродистые качественные. Цифра указывает на содержание углерода в сотых долях процента, а именно 0,10%; 0,15% и т.д.

Сталь 40Х – сталь качественная легированная, содержащая углерода 0,4%; хрома  1%, серы 0,035% и фосфора 0,035%.

Сталь 20Х2Н4ВА – сталь высококачественная легированная, содержащая: Углерод – 0,2%

При низком содержании углерода и большом количестве легирующего элемента (C , Мo, W, V, Si, Al и т.д.), образуется сталь, относящаяся к ферритному классу. Структура таких сталей при всех температурах состоит из легированного феррита. При высоком содержании в стали никеля и марганца при комнатной температуре можно получить чисто аустенитную структуру. Это класс сталей называют аустенитным. Кроме того, исходя из структуры полученной после охлаждения на воздухе, стали также бывают перлитного, мартенситного и карбидного классов.

На диаграмме Fe – Fe3C сплавы с содержанием углерода более 2,14% относятся к чугунам. В зависимости от содержания углерода, белые чугуны подразделяются на доэвтектичекие (2,14  С 4,3%), эвтектические (С4,3%) и заэвтектические (4,3 С 6,67%). Белые чугуны обладают высокой твёрдостью и износостойкостью. Углерод в таких сплавах находится в связанном состоянии в виде цемента (Fe3С). Это достигается за счёт высокой скорости кристаллизации расплава, и последующего ускоренного охлаждения изделий до температуры ниже точки А1.

При очень маленькой скорости охлаждения, то есть когда степень переохлаждения расплава невелика в сплаве образуется графит. Выделение графита в основном происходит из жидкой фазы и, кроме того, количество его увеличивается за счет распада аустенита.

В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие группы чугунов: серые, ковкие и высокопрочные. Чугуны маркируются следующим образом:

Цифры указывают на минимальное значение предела прочности при растяжении.

Серых – пластичная; ковких – хлопьевидная; высокопрочных – шаровидная. Серые чугуны получают за счет медленного охлаждения расплава и изделия в форме, ковкие – путём высокотемпературного длительного отжига, высокопрочные – модифицированием расплава магнием или церием. Чугуны применяют в автостроении, двигателестроении и других отраслях народного хозяйства, как конструкционные материалы.

Что такое перлит, феррит, аустенит, цементит и ледебурит?

В чём различие метастабильной и стабильной диаграммы Fe –Fe3C (Fe - C)?

Как проводится маркировка углеродистых и легированных марок сталей и чугунов?

Дайте объяснение и укажите способы получения белых и графитовых чугунов?

Что такое критические точки А1, А2, А3, А4, и Ам?

Вычертите диаграмму Fe – Fe3C, укажите структурное состояние во всех областях диаграммы и опишите превращение протекающие в сплавах при охлаждении при температурах 14990С, 11470С и 7270С?

Разберитесь в построении кривых охлаждения (нагрева) сплавов с различным содержанием углерода.

Тема 4. Термическая обработка сталей и чугунов.

Основные превращения в сталях при нагреве и охлаждении. Критические точки в стали. Диаграммы изотермического превращения аустенита. Основные виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Цель и назначение каждого вида термообработки. Закалка стали, её режимы и методы. Закалочные среды, понятие закаливаемости и прокаливаемости стали. Обработка стали холодом. Технология и виды отпуска. Отпускная хрупкость стали. Термомеханическая обработка. Виды брака при термообработке и методы его исправления и предупреждения.

Термическая обработка – это процесс температурно-временного воздействия на металлы и сплавы с целью придания им необходимых свойств.

При многих видах термической обработки сталь нагревают до температур соответствующих существованию аустенита. Образование аустенита при нагреве является диффузионным процессом. При температуре 7270С перлит превращается в аустенит.

При невысоких температурах нагрева зерна аустенита мелкие. В результате повышения температуры зерно аустенита растёт. Однако склонность к росту зерна неодинакова у сталей, поэтому различают стали наследственно мелкозернистые и крупнозернистые. Продолжительный нагрев стали при температурах, значительно превышающих точки Ас3 или Асм приводит к образованию крупного зерна. Такое состояние называют, перегревом стали. Нагрев еще при более высоких температурах в окислительной среде вызывает пережог стали, который сопровождается образованием окислов железа по границам зерен. Пережог – неисправимый дефект стали. Величина зерна влияет на ударную вязкость и порог хладноломкости. Определение размера зерна проводится в соответствии с ГОСТ 5639-65.

Основными видами термической обработки являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг заключается в нагреве стали выше критической точки, выдержке и последующим медленным охлаждением. В результате отжига получают структуру перлит с ферритом или цементитом, и сталь приобретает высокую пластичность и низкую твёрдость. Различают следующие виды отжига: неполный, полный, изотермический, диффузионный и рекристализационный.

Нормализация стали это процесс нагрева выше критической точки Ас3 (Асm) с последующим охлаждением на воздухе. Получаемая структура – мелкопластинчатая перлитного класса (перлит, сорбит, троостит).

Закалкой называют нагрев стали выше точка Ас3 или Ас1 и последующее быстрое охлаждение (со скоростью выше критической). При охлаждении сталь приобретает структуру мартенсит и обладает высокой твёрдостью, прочностью и износостойкостью. На рисунке 18 (см. приложение) изображена зона оптимальных температур нагрева сталей под закалку в зависимости от содержания углерода. Закалка не является окончательным видом термической обработки. В зависимости от температуры нагрева закалка бывает полной и неполной. По условию охлаждения закалку подразделяют на непрерывную, прерывистую, ступенчатую и изотермическую. Чтобы уменьшить напряжения, вызванные закалкой, и получить нужные механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Под отпуском понимают нагрев закалённой на мартенсит стали до температуры ниже точки Ас1 (7270С) с последующим охлаждением. В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяется на низкий (150 – 250оС), средний (300-450оС) и высокий (500-700оС). С увеличением температуры отпуска повышаются пластические свойства и снижается прочность стали.

Для грамотного назначения параметров термической обработки (температура и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения) с целью получения требуемых свойств стали необходимо пользоваться диаграммами изотермического и термокинетического распада аустенита.

В результате закалки сталей с содержанием углерода более 0.6 % углерода в структуре наряду с мартенситом сохраняется и остаточный аустенит, наличие которого снижает твердость и прочность изделия. Для превращения остаточного аустенита в мартенсит сталь необходимо переохладить до более низких температур. Эту задачу выполняет процесс обработки стали холодом.

Для упрочнения длинномерных изделий в промышленности применяют термомеханическую обработку, заключающуюся в сочетании горячей пластической деформации и термической обработки.

Отливки из чугуна подвергают отжигу, нормализации, закалке с отпуском в зависимости от требований предъявляемых к ним по структуре и твердости.

Рассмотрим выбор стали для изготовления пружин. Укажем состав и обоснуем режим термической обработки и опишем получаемую структуру и свойства стали.

(Для указанных деталей рекомендуем сталь 70С3А)

Сталь 70С3А. имеет следующий химический состав:

Основные свойства рессорнопружинных сталей – придание изделиям высоких усталостных характеристик с целью надежной работы деталей в условиях знакопеременных нагрузок.

Для формирования таких свойств необходимо получить структуру троостит или троосто-мартенсит с твердостью 42-48НRС на деталях после термообработки. Такие свойства достигаются после нижеуказанной термической обработки:

Нагрев в защитной атмосфере до температуры 820-860оС, выдержки до завершения всех фазовых превращений и закалка в масло с рабочей температурой 40-60оС. После закалки сталь приобретает структуру мартенсит + небольшое количество остаточного аустенита. Твердость  55 НRС.

Отпуск при температуре 420-460оС в течении 2-3 часов.

Относительное удлинение (сужение) – более 6 (25)%.

Наличие кремния в стали, повышает ее прокаливаемость и значительно упрочняет феррит, задерживает распад мартенсита при отпуске и, как следствие, повышает предел текучести и упругость стали. Эти стали склонны к обезуглероживанию, поэтому их нагрев под закалку необходимо вести в защитной или контролируемой по углероду атмосфере.

В чем различия между перлитом, сорбитом и трооститом?

Укажите сущность различных видов отжига и их назначение.

Рассмотрите диаграммы изотермического и термокинетического превращения сталей. Объясните связь скорости охлаждения с превращениями в стали.

В чем различие закаливаемости и прокаливаемости стали. Факторы влияющие на эти параметры и методы определения этих характеристик.

Изучите традиционные закалочные среды и их применение для закалки изделий из различных марок сталей.

Дайте понятие критической скорости охлаждения и изобразите ее на диаграмме изотермического превращения аустенита.

Что такое обратимая и необратимая отпускная хрупкость.

Какие преимущества имеет термомеханическая обработка перед закалкой с низким отпуском и почему?

Основные методы поверхностного упрочнения – закалка с нагрева токами высокой частоты (Т.В.Ч.) и химико-термическая обработка (Х.Т.О.). Требования к химическому составу сталей для этих методов упрочнения. Механизм насыщения и формирования структуры в поверхностном слое при цементации, нитроцементации, азотировании и борировании. Примеры марок сталей, подвергаемых различным методам упрочнения. Термическая обработка цементованных и нитроцементованных деталей. Способы дополнительной поверхностной обработки деталей с учетом условий эксплуатации. Поверхностное упрочнение наклепом, лучем лазера и электронным лучом.

Для получения большой твердости в поверхностном слое детали с сохранением вязкой сердцевины, что обеспечивает износоустойчивость и одновременно высокую динамическую прочность детали, применяют поверхностные методы упрочнения – закалку с нагрева Т.В.Ч. или Х.Т.О. Сущность закалки с нагрева Т.В.Ч. заключается в том, что поверхностные слои детали быстро нагреваются выше критических точек и создается резкий градиент температур по сечению. Если нагрев прервать и провести быстрое охлаждение, то слой металла, нагретый выше критической температуры получит закалку, а не нагретая сердцевина сохранит свое исходное структурное состояние. Для такого способа упрочнения применяют стали с содержанием углерода 0.4% и выше.

Химико-термическая обработка – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя неметаллами (С, N, Si,B и др.) или металлами (Cr, Al и др.) в процессе выдержки при определенной температуре в активной жидкой или газовой среде.

Широко применяются в машиностроении цементация (насыщение поверхности углеродом), нитроцементация (насыщение углеродом и азотом), азотирования (насыщение азотом) и борирование (насыщение бором). Цементации и нитроцементации подвергают, стали с содержанием углерода до 0,3%. Цементацию проводят при температуре 930-950оС, нитроцементацию – при 840-880оС. После насыщения изделия закаливают в масло, а затем подвергают отпуску при температуре 180-220оС. Эти виды Х.Т.О. обеспечивают получение твердости поверхности выше 55 НRС, а сердцевины менее 40НRC.

Для увеличения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости стальных изделий их подвергают азотированию, которое проводится при температуре 500-600оС в среде диссоциированного аммиака. Для азотирования применяют среднеуглеродистые легированные марки стали, предварительно прошедшие термическое улучшение. Упрочнение проводят на глубину 0,2-0,4 мм и получают поверхностную твердость в пределах 650-1200НV. Преимуществом этого метода является сохранение высокой твердости поверхности при нагреве деталей до 450-470оС и практически отсутствие деформации и коробления изделий.

Максимальная степень поверхностного упрочнения стальных деталей (НV1700 и выше) может быть получена путем борирования при температуре 910-950оС. После борирования стойкость деталей возрастает в 5-10 раз.

Для закрепления изученного материала, к примеру, проведен выбор обработки шестерен из стали 20Х. Рассмотрим микроструктуру и свойства поверхности и сердцевины детали после упрочнения. В соответствии с ГОСТ 4343-71 сталь 20Х имеет следующий химический состав:

Свойства шестерен с учетом их условий эксплуатации должны быть следующими: для поверхности зуба – высока Резина – продукт специальной обработки смеси каучука и серы с различными добавками. Основные свойства - эластичность в широком диапазоне температур, высокая стойкость к истиранию, газо- и водопроницаемость, химическая стойкость и электроизоляционные особенности. ^ Литература 2, стр. 378-472, 6, стр. 584-700.

Назовите состав и свойства пластмасс. Как классифицируются пластмассы по связующему и наполнителю?

Какие термопластики являются термостойкими, каковы их разновидности и свойства?

Опишите свойства органических стекол и способы повышения его качества?

Как классифицируются композиционные материалы с неметаллической матрицей по виду упрочнителя и матрицы?

В чем преимущества органоволокнитов, их свойства и применение?

В чем сущность процесса вулканизации; как изменяются свойства резины после вулканизации?

Как изменяются свойства резины под действием температуры, вакуума, радиации и озона?

Что такое керамика и ситаллы, их способы получения и свойства?

Какие знаете теплостойкие клеи, каковы их составы и свойства?

1. Изучение микроструктуры углеродистых сталей - 2 часа.

Контрольная работа должна быть выполнена в отдельной ученической тетради с указанием на титульном листе Ф.И.О. студента, специальность, номер группы, номер зачетной книжки, номер варианта, домашний адрес, а также год издания методических указаний, по которым выполнялась контрольная работа. Вариант контрольной работы выбирается студентом в соответствии с его учебным шифром, причем номер группы (1 или 2) вариантов выбирается по последней цифре номера зачетной книжки. Группа 1 относится к студентам, номер зачетной книжки, у которых закачивается цифрами 0, 2. 4, 6 и 8, а группа 2 - цифрами 1,3,5,7 и 9. Номер варианта в группе определяется по сумме двух последних цифр зачетной книжки. Например. Если номер зачетной книжки студента является 001235, то студент выполняет из группы №2 (последняя цифра номера зачетной книжки – 5) вариант № 8. (Сумма последующих цифр 3+5)

Контрольная работа, выполненная не по соответствующему шифру, не засчитывается и возвращается студенту без проверки.

При выполнении контрольной работы нельзя допускать небрежности в изложении материала и его оформлении. Рисунки и графики должны выполняться тщательно и с соблюдением масштаба.

Получив контрольную работу с рецензией, студент обязан внести в контрольную работу все исправления и дополнения, указанные преподавателем. Если работа не зачтена, то внеся требуемые исправления ( на отдельных листах), следует представить полностью всю работу для повторного рецензирования.

Выполненная контрольная работа должна быть представлена на кафедру «Машины и т

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..

Материаловедение: рефераты по предмету Материаловедение

темы рефератов материаловедение

Реферат - по Материаловедению и ТКМ

Рефераты по предмету Материаловедение. Реферат материаловедение

Рефераты по теме Материаловедение