Материаловедение

Вычертите диаграмму состояния системы свинец-сурьма

Вычертите диаграмму состояния системы свинец-сурьма. Пользуясь правилом отрезков, определите состав и количественное соотношение фаз для сплава с 60% свинца для любой температуры, лежащей между линиями ликвидуса и солидуса. Диаграмма состояния свинец–сурьма При составе сплава 60 % Pb – 40 % Sb формируется заэвтектическая структура. При охлаждении из жидкого состояния ниже точки 1 начинается кристаллизация твердого раствора β. К моменту достижения температуры точки 2 в сплаве будут кристаллы твердого раствора β и жидкий раствор. Этот жидкий раствор при температуре ниже точки 2 закристаллизуется, образуя эвтектическую смесь Ж → α + β. После завершения кристаллизации сплав будет состоять из двух структурных составляющих: кристаллов твердого раствора β и эвтектики β +(α+β). 1 2 Кривая охлаждения Находим количественный состав Ж в точке а: Находим количественный состав β в точке а:

Вычертите диаграмму состояния системы медь-никель

16. Вычертите диаграмму состояния системы медь-никель. Пользуясь правилом отрезков, определите состав и количественное соотношение фаз для сплава с 15% меди для любой температуры, лежащей между линиями ликвидуса и солидуса. Решение 1. Выделяем исходные данные. Исходными данными будут: диаграмма состояния Cu-Ni, сплав с содержанием 15% Cu и 85% Ni, температура - любая. Определяем, что необходимо найти. Необходимо найти: фазовый состав сплава; количественное соотношение фаз сплава. 2. Вычертим диаграмму состояния (рис.1а). Заданная диаграмма представляет собой диаграмму состо¬яния с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге, имеющих одинаковые типы решеток и исходное строение наружных электронных оболочек. Компоненты и в жидком и в твердом состоянии образуют раствор. В каждой области укажем структуры. Выше линии ликвидуса АСВ находится область жидкой фазы Ж. Под ней до линии солидуса ADB расположена двухфазная область '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' + Ж. Фаза а представляет собой твердый раствор компонентов Cu и Ni. Область под линией солидуса является однофазной (фаза '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''). Укажем на диаграмме состояния состав заданного в задаче сплава (85% Ni) и проведем соответствующую вертикальную линию. 3. Построим схематично в координатах температура - время кривую охлаждения сплава (рис.1 б). Точка С соответствует началу процесса кристаллизации, при которой из жидкости начинается выделение зерен твердого раствора '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' (Ж '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''). Эта температура соответствует 1430°С. Процесс кристаллизации продолжается до точки D. При температуре, соответствующей точке D (1300 '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''С), кристаллизация завершается. Ниже точки D идет охлаждение сплава со структурой твердого раствора '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''. Рис.1. Диаграмма состояния Cu - Ni: а - диаграмма; б - кривая охлаждения. 4. В интервале температур 1300 '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''1430 °С сплав состоит из двух фаз - жидкой и твердой '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' - фазы. Определим состав этих фаз при температуре 1350°С, которая находится в интервале. Для этого необходимо провести через точку, определяющую заданный состав при заданной температуре (точка а), горизонталь до пересечения с линиями диаграммы, т.е. коноду - линию, показывающую составы фаз (точки b и с). Опускаем перпендикуляры из концов коноды на абциссу и определяем концентрацию каждой фазы. Проекция точки пересечения коноды с линией ликвидус (b) на концентрационную ось (b ) определяет состав жидкой фазы, а проекция точки пересечения с линией солидус (с ) - определяет состав твердой фазы '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''. Согласно этому получаем: состав жидкой фазы - 62% Ni и 38% Cu и состав твердой фазы - 93% Ni и 7% Cu. Далее по правилу отрезков определяем относительное количество фаз. Количество жидкой фазы: Qж = (ac:bc) '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''100% = (7:31) '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''100% = 23 %. Количество твердой фазы: Q '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' = (ba:bc) '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''100% = (24:31) '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''100% = 77 %. Температура плавления соответствует точке С (14300С).

Используя диаграмму '''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''"Железо – Углерод'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''" опишите технологию термической обработки закаленного пальца, изготовленного из стали 35, диаметром 30 мм, для получения минимальной твердости.

Сталь 40 относится к среднеуглеродистым сталям, которые упрочняются термической обработкой. Чтобы получить в стали 35 значение твердости НВ 260…360 необходимо провести: 1. Закалку; 2. Отпуск. Выбираем основные параметры закалки и отпуска 1. Выбираем температуру закалки Сталь 35–доэвтектоидная углеродистая сталь, поэтому используем соотношение tзакалки=А3+(30…50)оС.А3=8100С (находим по таблице приложения А) Следовательно tзакалки=(840…860)С 2. Выбираем времявыдержкипри закалке по формуле: τвыдержки= τс.п.+ τ и.в. где τс.п–время сквозного прогрева, ориентировочно для углеродистых сталей берется (1,0 …1,5) минуты на 1 мм минимального сечения детали; τи.в.–время изотермической выдержки–составляет 25…30% от времени сквозного прогрева. Следовательно τ с.п= (30…45) минут, а τи.в=11 минут 3. Выбираем охлаждающую среду В качестве охлаждающей среды выбираем воду, так как углеродистые стали при закалке охлаждают в воде. 4. Выбираем вид отпуска По таблице приложения находим температуру отпуска. Чтобы получить твердость НВ 260…360 необходимо провести высокий отпуск при температуре (520…650)оС 5. Охлаждение при отпуске. При отпуске охлаждение проводим на воздухе.

Определите режимы резания (t, S, V) при рассверливании чугунной плиты на глубину 12 мм (НВ 170, масса заготовки 1,55 кг) с диаметра 1,5 мм на 5,0 мм (точность обработки- точная, сверление по кондуктору - 5 отверстий).

Определите режимы резания (t, S, V) при рассверливании чугунной плиты на глубину 12 мм (НВ 170, масса заготовки 1,55 кг) с диаметра 1,5 мм на 5,0 мм (точность обработки- точная, сверление по кондуктору - 5 отверстий). Определите о штучное время на выполнение данной операции и энергетические показатели (Pо, Ne, Mкр ). Приведите схему обработки. Принимаем материал режущего инструмента – Р6М5. Принимаем подачу сверла равной 0,2 мм/об; стойкость сверла – 20 мин. Скорость резания определяем по формуле: Где С=23,4 - константа; D=5 мм – диаметр отверстия; Т= 20 мин – стойкость сверла; S=0,2 мм/об – подача сверла; К – поправочный коэффициент, определяемый по формуле: К=КмКиКl; Где Км – коэффициент, зависящий от материала заготовки; Где Кг=1 поправочный коэффициент; n=1,3 – показатель степени. Ки=1 – коэффициент, зависящий от материала инструмента. Кl=1 – при глубине отверстия до 3 диаметров. q, m, y – показатели степени; q=0,25; х=0,1; m=0,125; y=0,4. К=1,155·1·1=1,155 Подставляя значения в формулу, получим: Определяем частоту вращения шпинделя: n=1000·50/ 5=3183 мин-1 Принимаем частоту вращения шпинделя равной 1100 мин-1(для станка 2А135 максимально возможная частота вращения шпинделя). По принятой частоте вращения уточняем скорость резания: V= ·5·1100/1000=17,28 м/мин. Находим величину крутящего момента и осевой силы при сверлении. Крутящий момент: Осевая сила: В данных формулах: См=0,085 и Ср=23,5 – константы; D=5 мм – диаметр сверления; S=0,2 мм/об – подача; Коэффициент Кр равен: Где n=0,6 – показатель степени. Тогда: Y и q – показатели степени. Для определения крутящего момента y=0,8 х=0,75; q=0 для определения осевой силы y=0,4 х=1,2 q=0. Тогда: Крутящий момент: Осевая сила: Определяем штучное время: Tшт= То+ Твсп+ Тдоп+Тотд Где L=Y1+l+Y2 – длина рабочего хода Y1=0,3D=0,3·5=1,5 мм–врезание сверла Y2=1…2мм – перебег сверла L=1,5+12+1,5=15 мм Твсп=Твсп1+ Твсп2 Твсп1= 51,6 с (таблицы Б.8) Твсп2= 4,2 с (таблица Б.9) Твсп=51,6+4,2=55,8 с Тдоп= 0,05(Тот+ Твсп)=0,05(18,4+55,8) =3,7 с Тотд= 0,02(Тот+ Твсп) = 0,02(18,4+55,8) =1,5 с Tшт=4,1+55,8+3,7+1,5=65,1 с Схема обработки при сверлении

Разработка технологического процесса термической обработки деталей машин и инструмента.

Лабораторная работа № 5 Тема: Разработка технологического процесса термической обработки деталей машин и инструмента. Цель работы: научиться разрабатывать технологические процессы термической обработки деталей машин согласно технологическим требованиям, предъявляемым к деталям. Содержание работы 1. По чертежу детали и техническим условиям подобрать режим термической обработки детали, обеспечивающий требования, предъявляемые к данной детали в условиях эксплуатации. Расчет всех параметров приводится в пояснительной записке. Деталь - доска полевая тракторного плуга. Материал – сталь 60. Твердость после термообработки 416 –555 НВ(раб. зона.), менее 302 НВ(осн.металла.) 1. Расшифровка марки стали. Сталь марки 60 - сталь конструкционная углеродистая качественная с содержанием углерода 0,6 % , спокойная. Вид поставки Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86. Калиброванный пруток ГОСТ 7414-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 7419.0-78, ГОСТ 7419.1-78, ГОСТ 7419.3-78, ГОСТ 7419.5-78 - ГОСТ 7419.8-78, ГОСТ 14955-77. Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Лента ГОСТ 1530-78, ГОСТ 2284-79, ГОСТ 21996-76, ГОСТ 21997-76. Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 9389-75. Таблица 1. Массовая доля элементов, % C Si Mn Ni S P Cr Cu As 0.57 - 0.65 0.17 - 0.37 0.5 - 0.8 до 0.3 до 0.04 до 0.35 до 0.25 до 0.3 до 0.08 Термообработка: Закалка и высокий отпуск Температура ковки: °С: начала 1220, конца 800. Сечения до 300 мм охлаждаются на воздухе. Твердость материала: HB 10 -1 = 217 МПа Таблица 2. Механические свойства Механические свойства в зависимости от температуры отпуска t отпуска, °С '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''0,2, МПа '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' ''B, МПа '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '', % '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '', % KCU, Дж/м2 HB Закалка 950 °С, масло. 400 1430 1690 2 3 4,9 450 450 1280 1430 5 10 19 410 500 1120 1210 7 16 23 375 550 1040 1150 7 20 24 370 Таблица 3.Температура критических точек, 0С. Критическая точка °С Ac1 725 Ac3 750 Ar3 745 Ar1 690 Таблица 4. Технологические свойства стали 60 Свариваемость: не применяется для сварных конструкций Флокеночувствительность: малочувствительна Склонность к отпускной хрупкости: не склонна Структурный класс – эвтектоидная сталь Класс по твердости и вязкости – высокой твердости Класс по химическому составу – низколегированная сталь Класс по качеству – высококачественная конструкционная. Назначение - цельнокатаные колеса вагонов, валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов, шпиндели, бандажи, диски сцепления, пружинные кольца амортизаторов, замочные шайбы, регулировочные шайбы, регулировочные прокладки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости. Обрабатываемость резанием: в нормализованном состоянии при HB 241 К υ тв. спл=0,70 и Кυ б.ст=0,65 Операция термообработки детали Последовательность операций термообработки детали - доска полевая тракторного плуга, изготовленного из стали 60. Закалка – охлаждение - высокий отпуск. Закалка. Температура закалки для стали 60 составляет 850 '' '' '' '' '' '' '' ''С. Охладительная среда при закалке - масло. Закалку применяют для увеличения твердости, прочности и износостойкости деталей, получаемых из поковок. Нагрев стали под закалку осуществляют в горнах или нагревательных печах. Детали в горны укладывают так, чтобы холодное дутье воздуха не попадало непосредственно на сталь. Нужно следить, чтобы нагрев происходил равномерно. Чем больше углерода и легирующих элементов содержит сталь, чем массивнее деталь и сложнее ее форма, тем медленнее должна быть скорость нагрева под закалку. Продолжительность выдержки при закалочной температуре ориентировочно принимается равной 0,2 от времени нагрева. Слишком длительная выдержка при закалочной температуре не рекомендуется, так как при этом интенсивно растут зерна и сталь теряет прочность. Охлаждение Является исключительно важной операцией закалки, так как от него практически зависит получение требуемой структуры в металле. Для качественной закалки необходимо, чтобы в процессе охлаждения детали температура жидкости оставалась почти неизменной, для чего масса жидкости должна быть в 30-50 раз больше массы закаливаемой детали. Для достижения равномерной закалки нагретую деталь надо быстро погрузить в охлаждающую жидкость и перемешать ее в жидкости до полного охлаждения. Закалочными средами для стали 60 могут быть масло, вода, воздух и др. Жидкая закалочная среда помещается в специальный бак, который имеет систему охлаждения,- для регулирования температуры закалочной среды. При закалке в воде происходит очень резкое охлаждение, которое способствует образованию трещин в материале тонкостенных деталей. Такую закалку применяют для пружинных сталей очень редко, а если применяют, то добавляют в воду разные примеси (известь, мыло, мел и др.), для того, чтобы уменьшить скорость охлаждения пружинной стали. Температура закалочной среды оказывает большое влияние на структуру и свойства стали после закалки. Масло является самой распространенной средой для закалки. Все закалочные среды имеют разную теплопроводность, и наиболее нагретые слои среды находятся в верхней части закалочного бака. Для того, чтобы температура среды была равномерна по всему объему, через нее с помощью специальной трубки продувают сжатый воздух. Применяют и другие способы охлаждения и перемешивания закалочных сред. Отпуск высокий. Для повышения вязкости и устранения внутреннего напряжения деталь после закалки подвергают отпуску в двухзонных конвейерных печах. При этом наибольший интервал между закалкой и отпуском допускается не больше 4 часа. Температура отпуска должна быть в пределах 450-650 0С. Охлаждают в воде, температура которой не должна превышать 100 0C, или на воздухе в закрытом помещении. При таком отпуске почти полностью ликвидируются закалочные напряжения, увеличивается пластичность и вязкость, хотя заметно уменьшается твердость и прочность стали.

Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска шпилек из стали МСт6, которые должны иметь твердость 207…230 НВ. Опишите их микроструктуру и свойства

Закалка и отпуск проводятся в комплексе с целью повышения механической прочности и твердости и сохранения достаточно вязкой структуры. Свыше температуры фазовых превращений, выдержка при этой температуре и последующее очень быстрое охлаждение в воде или в масле. Полученные при быстром охлаждении структуры являются нестабильными, они представляют собой различные стадии превращений аустенита (мартенсит, троостит, сорбит). Закалка — это нагрев стали на 30…50 С и ниже с ним происходят так называемые аустенитные превращения и образуется мелкоигольчатый мартенсит. Это будет полная закалка. А если нагреть сталь в интервале Ас1 .. Ас3, то будет неполная закалка (частичная перекристаллизация стали). '' '' '' '' '' '' '' ''С , а в диапазоне температур 300…350 '' '' '' '' '' '' '' ''С выше точки Ас3 ; феррит и перлит образуют однородный твердый раствор аустенита. Если охлаждение металла проводить медленно, то будут происходить обычные фазовые превращения в соответствии с диаграммой железо- углерод. При очень быстром охлаждении аустенит не успевает изменить свою фазу при температурах ниже 727 '' '' '' '' '' '' '' '' Доэвтектоидные стали (к которым относится рассматриваемая сталь) при закалке нагревают на 30 …50 Вслед за закалкой стальные изделия обычно подвергают отпуску, поскольку в закаленном состоянии сталь слишком тверда и хрупка и находится в напряженном состоянии. При отпуске закаленную на мартенсит сталь нагревают до температуры ниже 727 °С. Основное превращение при отпуске стали – распад мартенсита. Выделение карбида из пересыщенного раствора и уменьшение концентрации углерода до равновесной концентрации в феррите происходит при нагревании закаленной стали до 400 °С. При нагреве до 100 °С происходит собирание атомов углерода в отдельных участках решетки мартенсита. Затем в интервале 100 – 200 °С наблюдается образование промежуточного карбида железа, отличного от устойчивого карбида Fe3C. При 150 – 250 °С тетрагональная ячейка мартенсита становится кубической. Выше 200 °С начинается образование частиц Fe3C, которые затем постепенно укрупняются и сфероидизируются. Остаточный аустенит интенсивно распадается при 200 – 300 °С на феррит и промежуточные карбиды. После нагрева ниже 300 °С видимых изменений структуры не наблюдается. Отпуск при 300 – 450 °С приводит к исчезновению мартенсита и появлению игольчатого троостита, в котором полностью обособляются частицы цементита. Выше 400 °С наблюдается укрупнение частиц цементита. Карбид образуется в пределах исходных мартенситных игл. Поэтому микроструктура отпущенной стали сохраняет игольчатый характер и похожа на мартенсит. Этим двухфазная феррито-карбидная смесь, получающаяся при распаде мартенсита, отличается от феррито-цементитной смеси, образующийся при распаде переохлажденного аустенита. Нагрев до 500 – 600 °С приводит к образованию сорбита отпуска, в котором частицы цементита приобретают округлую форму и размер около 0,1 мкм. При нагреве до 650 – 700 °С возникает перлит отпуска с глобулярными частицами цементита размером около 0,5 мкм. Перечисленные изменения структуры сопровождаются соответствующими изменениями механических свойств. Структуру, получающуюся при отпуске стали ниже 300 °С, называют отпущенным мартенситом: она отличается от мартенсита закалки большей травимостью из-за дисперсных выделений карбида. После отпуска в интервале 300 – 450 °С обнаруживается особенно сильно травящаяся игольчатая структура, которую называют трооститом отпуска. Сильная травимость троостита отпуска обусловлена высокой дисперсностью этой двухфазной смеси. При отпуске в интервале 450 – 650 °С получается сорбит отпуска. Цементит в нем находится в виде сферических частиц (в отличие от пластинчатого цементита, образующегося при распаде переохлажденного аустенита при нормализации стали). Двухфазное строение сорбита отпуска отчетливо выявляется при небольших увеличениях. На практике применяют низкотемпературный, среднетемпературный и высокий отпуск. В зависимости от температуры различают: низкий отпуск » 200 °С; средний отпуск » 400 °С; высокий отпуск » 600 °С. Высокий или высокотемпературный отпуск выполняют при 500-680°С с целью получения сорбита отпуска. В результате отпуска почти полностью снимаются возникшие при закалке напряжения и образуется специфическая форма цементитных частиц - короткие пластинки с округленными краями. Такая структура обеспечивает наилучшее соотношение между прочностными и пластическими свойствами, высокую ударную вязкость, снижая температуру верхнего и нижнего порога хладноломкости. Высокому отпуску подвергают сталь и получают структуру с твердостью 35-40 НRС.

Для изготовления прошивочных пуансонов выбрана сталь Р18К5Ф2. Укажите состав стали и определите группу стали по назначению

Для изготовления прошивочных пуансонов выбрана сталь Р18К5Ф2. Укажите состав стали и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режимы термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства пуансонов после термической обработки. Сталь Р18К5Ф2 применяется для производства черновых и получерновых инструментов, применяемых при обработке высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов. Сталь имеет пониженную склонность к перегреву при закалке. Химический состав сплава Р18К5Ф2 C Co Cr Cu Mn Mo Ni P S Si V W 0,85-0,95 4,7-5,2 3,8-4,4 ≤0,25 0,2-0,5 ≤1,0 ≤0,60 ≤0,030 ≤0,030 0,2-0,5 1,8-2,2 17,0-18,5 Структура сталей с карбидным упрочнением (стали типа «Р») примерно одинакова для всех групп. После окончательной термообработки (закалка + отпуск) их структура состоит из мартенсита с выделением дисперсных частиц легированных карбидов в основном типа М6С и МС. Такая структура обеспечивает теплостойкость инструмента до 600–640 °С. Высокие твердость (HRCЭ 68–70) и теплостойкость (720 °С) обеспечиваются: а) более высокими температурами (900–950 °С) начала фазовых превращений, что на 100 °С выше, чем у стали с карбидным упрочнением; б) большими количествами упрочняющих фаз, отличающихся высокой дисперсностью (до 2–3 мкм) и равномерностью распределения в основной матрице. Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному (карбидному) классу и их структура примерно одинакова. Слитки этих сталей содержат карбидную эвтектику в виде сетки по границам аустенитных зерен, которая резко снижает обычные механические свойства, особенно пластичность. В процессе горячей обработки давлением (ковка, прокатка) карбидная эвтектика раздробляется и измельченные карбиды более равномерно распределяются в основной матрице. После прокатки или ковки быстрорежущие стали подвергают изотермическому отжигу для уменьшения твердости и облегчения механической обработки. Сталь выдерживают при 800–850 °С до полного превращения аустенита в перлитно-сорбитную структуру с избыточными карбидами. Термическая обработка. Высокую твердость и теплостойкость при удовлетворительной прочности и вязкости инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и многократного отпуска. Закалка. При нагреве под закалку необходимо обеспечить максимальное растворение в аустените труднорастворимых карбидов вольфрама, молибдена и ванадия. Такая структура увеличивает прокаливаемость и позволяет получить после закалки высоколегированный мартенсит с высокой теплостойкостью. Поэтому температура закалки очень высокая и составляет 1200–1300 °С Для предотвращения образования трещин и деформации инструмента из–за низкой теплопроводности сталей нагрев под закалку проводят с одним или двумя подогревами в расплавленных солях: первый — при 400–500 °С, второй — при 800–850 °С. Окончательный нагрев также проводят в соляной ванне (BaCl2) с очень малой выдержкой при Тз: 10–12 с на 1мм толщины инструмента из сталей типа «Р» и 30–60 с для сталей типа В11М7К23. Это позволяет избежать роста аустенитного зерна (не крупнее № 10), окисления и обезуглероживания. Инструменты простой формы закаливают в масле, а сложной — в растворах солей (KNO3) при 250–400 °С. После закалки структура быстрорежущей стали (рис. 6.1, в) состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3–0,4 % С, не растворенных при нагреве избыточных карбидов, и около 20–30 % остаточного аустенита. Последний снижает твердость, режущие свойства инструмента, ухудшает шлифуемость, и его присутствие нежелательно. Отпуск. При многократном отпуске из остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он претерпевает мартенситное превращение. Обычно применяют трехкратный отпуск при 550–570 °С в течение 45–60 мин. Число отпусков может быть сокращено при обработке холодом после закалки, в результате которой уменьшается содержание остаточного аустенита. Обработке холодом подвергают инструменты сравнительно простой формы. Твердость после закалки HRCЭ 62–63, а после отпуска она увеличивается до HRCЭ 63–65. Поверхностная обработка. Для дальнейшего повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхностного слоя режущих инструментов применяют такие технологические операции, как цианирование, азотирование, сульфидирование, обработку паром и другие технологии поверхностного упрочнения. Их выполняют после окончательной термообработки, шлифования и заточки инструментов. Цианирование осуществляют при 550–570 °С в течение 5–30 мин в жидких средах и 1,5–3,0 ч в газовой атмосфере. Для жидкостного цианирования используют ванны с расплавами NaCN (90 или 50 %), Na2CO3 , NaOH (KOH). Газовое цианирование выполняют в смеси аммиака и науглероживающего газа. Азотирование инструментов проводится при 550–660 °С продолжительностью 10–40 мин в атмосфере аммиака. Проводят также газовое азотирование в смеси 20 % аммиака и 80 % азота; последнее предпочтительней, так как в этом случае обеспечивается меньшая хрупкость слоя. Сульфидирование проводят при 450–560 °С, продолжительностью от 45 мин до 3,0 ч в жидких расплавах, например 17 % NaCl, 25 % BaCl2, 38 % CaCl2, 3–4 % K4Fe(CN)6, в которые добавляют серосодержащие соединения FeS, Na2SO4, KCNS. При обработке паром инструменты помещают в герметичную печь и выдерживают при 300–350 °С под давлением 1–3 МПа в течение 20–30 мин для удаления воздуха. Затем температура повышается до 550–570 °С, проводится выдержка 30–60 мин, охлаждение в атмосфере пара до 300–350 °С, после чего подача пара прекращается. Заканчивается охлаждение в печи или на воздухе, затем инструмент немедленно подвергают промывке в горячем веретенном масле.

Для реостатных приборов выбран сплав константан МНМц40-1,5. Расшифруйте состав, укажите, к какой группе относится этот сплав по назначению, опишите структуру и электрические характеристики этого сплава.

Электротехнические медно-никелевые сплавы обладают высоким удельным электросопротивлением и особыми темоэлектрическими свойствами. Сплавы высокого электросопротивления делят на прецизионные, реостатные и сплавы для нагревательных элементов, тензорезисторов и электродов термопар. Особую группу составляют сплавы для компенсационных проводов. Никель существенно упрочняет медь; при этом максимальную прочность и твердость имеют сплавы с 45...50% Ni. Для практического использования медно-никелевых сплавов в качестве материалов электротехнического назначения важно, что никель, существенно упрочняя медь, сохраняет присущую ей пластичность и вязкость. Электротехнические сплавы применяют главным образом в виде проволоки или ленты. Высокая пластичность медно-никелевых сплавов — твердых растворов позволяет также изготавливать микропроволоку и фольгу. Наиболее распространенными сплавами, которые применяют в мчсстве резистивных материалов для изготовления деталей точных измерительных приборов, являются константан МНМц40-1,5 (Cu — 40%Ni—1,5%Мп) и манганин МНМцЗ-12 (Cu—3%Ni—12%Mn) (см. табл. 12). Из этих сплавов изготавливают проволочные резисторы радиоэлектронной аппаратуры, реостаты и переменные электросопротивления, образцовые сопротивления, шунты и другие элементы электрических аппаратов. Прецизионные электротехнические медно-никелевые сплавы применяемые для изготовления очень точных резисторов, измерительных приборов и вычислительных машин, должны об ладать высокой временной и температурной стабильностью электрических параметров и обладать малой термо-ЭДС в паре с медью (или другими соединительными проводами) во избежание погрешностей от дополнительного источника ошибок. Термо-ЭДС, возникающая в контакте проволочного резистора с соединитель ными медными проводами, может изменить электрические пара метры схемы, что нарушит режим работы прибора и уменьшит точность его показаний. Константан можно отнести к медно-никелевым сплавам с высоким удельным электрическим сопротивлением. Химический состав МНМц40-1.5 Ni+Co Fe C Si Mn S P Cu As Pb Mg Sb Bi Примеси 39-41 ≤0,5 ≤0,1 ≤0,1 1-2 ≤0,02 ≤0,005 56,1-60 ≤0,01 ≤0,005 ≤0,05 ≤0,002 ≤0,002 Всего 0,9 Основные свойства сплава константан. Константан имеет: высокое удельное электрическое сопротивление (около 0,5 мкОм•м); низкое значение термического коэффициента электрического сопротивления; температурный коэффициент линейного расширения 14,4•10-6 °C-1; плотность константана 8800-8900 кг/м3; температура плавления около 1260 °C. Также для константана характерна высокая термоэлектродвижущая сила в паре с медью, железом, хромелем. Данный медно-никелевый сплав имеет низкую термоЭДС по отношению к меди.

В качестве материала для заливки вкладышей подшипников скольжения выбран сплав Б88. Укажите состав и определите группу сплава по назначению. Зарисуйте микроструктуру и укажите основные требования, предъявляемые к сплавам данной группы

Баббиты — белые легкоплавкие антифрикционные сплавы на основе олова или свинца. Применяются для заливки вкладышей подшипников скольжения различных машин. Основные требования, предъявляемые к антифрикционным сплавам, определяются условиями работы вкладыша подшипника. Антифрикционные сплавы должны иметь высокую износостойкость и малый коэффициент трения между валом и подшипником; достаточную пластичность для лучшей прирабатываемости к поверхности вала; твердость, достаточную для вкладыша как опоры вала, но не вызывающую сильного износа самого вала; обладать микрокапиллярностью, т.е. способностью удерживать смазочные материалы. Указанные требования обеспечиваются неоднородной структурой антифрикционных сплавов, состоящей из мягкой основы с равномерно распределенными в ней твердыми включениями. При вращении вал опирается на твердые частицы, обеспечивающие износостойкость и способность воспринимать сравнительно высокие удельные давления, а мягкая основа, изнашиваясь быстрее, прирабатывается к валу и образует сеть каналов (микрорельеф). удерживающих смазочный материал. Среди баббитов лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные. Они применяются для подшипников ответственного назначения, когда от антифрикционного материала требуются минимальный коэффициент трения, высокая износостойкость и вязкость. По сравнению с баббитами на основе свинца износ оловянных баббитов в два раза меньше. Все оловянные баббиты содержат в своем составе сурьму и медь, а баббит Б88 дополнительно легирован кадмием и никелем. Структура оловянных баббитов состоит из мягкой основы (раствора сурьмы в олове) и равномерно распределенных в ней твердых частиц химического соединения SnSb. Таким образом, сурьма упрочняет мягкую основу баббитов и создает включения высокой твердости. Добавка меди дополнительно увеличивает твердость оловянных баббитов (за счет образования твердых включений Cu3Sn и препятствует ликвации по плотности. Незначительные добавки кадмия и никеля не образуют новых составляющих в структуре баббита Б88, но уменьшают размеры кристаллитов химического соединения. Баббит Б88 применяется для подшипников, работающих при больших скоростях и высоких динамических нагрузках. Для подшипников, работающих при больших скоростях и средних нагрузках, применяются баббиты Б83 и Б83С. Недостаток оловянных баббитов — высокое содержание дорогого и дефицитного олова. Химический состав в % сплава Б88: Fe до 0,05 Ni 0,15 - 0,25 Al до 0,005 Cu 2,5 - 3,5 As до 0,05 Pb до 0,1 Zn до 0,005 Sb 7,3 - 7,8 Bi до 0,05 Sn 86,99 - 89,25 Cd 0,8 - 1,2 Рис. 4.1 Микроструктура баббита Б88

Опишите современное представление о молекулярном строении полимеров. Укажите структуру термопластичных и термореактивных полимеров.

Полимерными материалами или полимерами называются высокомолекулярные химические соединения, состоящие из многочисленных маломолекулярных звеньев (мономеров) одинакового строения. Чаще всего для получения полимеров применяют следующие мономеры: этилен, винилхлорид, винилацетат, винилденхлорид, тетрафторэтилен, пропилен, метилметакрилат, стирол, мочевину, фенол, меламин, формальдегид. Особенностью молекул полимеров является их большая молекулярная масса (М > 5·103). Соединения с меньшей молекулярной массой (М = 500 – 5000) называются олигомерами, у низкомолекулярных соединений М < 500. Различают природные и синтетические полимеры. К полимерам, встречающимся в природе, относятся натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, шерсть и т. д. Однако ведущее место занимают синтетические полимеры, получаемые в процессе химического синтеза из низкомолекулярных соединений. В зависимости от способа образования высокомолекулярных синтетических соединений различают полимеры, получаемые либо в процессе поликонденсации, либо в результате реакции присоединения. По составу все полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические. Органические полимеры, составляющие наиболее обширную группу соединений, состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и галогенов. Элементоорганические соединения содержат в составе основной цепи, кроме перечисленных, атомы кремния, титана, алюминия и других элементов, сочетающихся с органическими радикалами. В природе таких соединений нет. Это чисто синтетические полимеры. Их характерными представителями являются кремнийорганические соединения, основная цепь которых построена из атомов кремния и кислорода. Неорганические полимеры (силикатное стекло, керамика, слюда, асбест и др.) не содержат атомов углерода. Основой их являются оксиды кремния, алюминия, магния и др. Для получения материалов с заданными свойствами в технике часто используют не сами полимеры, а их сочетания с другими материалами как органического, так и неорганического происхождения (металлопласты, пластмассы, полимербетоны, стеклопластики и др.). Своеобразие свойств полимеров обусловлено их структурой. Различают следующие типы полимерных структур: линейную, линейно-разветвленную, лестничную и пространственную с громоздкими молекулярными группами и специфическими геометрическими построениями (рисунок 5.1). Рисунок 5.1 – Различные типы структур полимеров: а – линейная; б – линейно-разветвленная; в – лестничная; г – пространственная сетчатая Полимеры с линейной структурой представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки (рисунок 5.1, а). Их макромолекулы характеризуются повторениями вдоль цепи одной и той же структурной группы – звена или химической единицы цепи. Для полимеров с линейной структурой существенно наличие достаточно длинных макромолекул с резким различием характера связи вдоль цепи и между цепями (химические и межмолекулярные связи). Для макромолекул полимеров с линейной структурой характерна высокая гибкость. Гибкость – основное свойство полимерных цепей, приводящее к качественно новым свойствам: высокой эластичности и отсутствию хрупкости в твердом состоянии. Полимеры с линейно-разветвленной структурой помимо основной цепи имеют боковые ответвления (рисунок 5.1, б). К типичным полимерам с линейной структурой относится полиэтилен, с линейно-разветвленной – полиизобутилен и полипропилен. Молекула полимера с лестничной структурой (рисунок 5.1, в) состоит из двух цепей, соединенных химическими связями. Полимеры с лестничной структурой, к которым относятся, например, кремнийорганические полимеры, характеризуются повышенной термостойкостью, жесткостью, они нерастворимы в органических растворителях. Полимеры с пространственной структурой (рисунок 5.1, г) образуют при соединении макромолекул между собой в поперечном направлении прочные химические связи. В результате такого соединения макромолекул образуется сетчатая структура с различной густотой сетки или пространственная сетчатая структура. Полимеры с пространственной структурой обладают большей жесткостью и теплостойкостью, чем полимеры с линейной структурой. Полимеры с пространственной структурой являются основой конструкционных неметаллических материалов. По фазовому составу полимеры представляют собой системы, состоящие из кристаллических и аморфных областей. Кристаллическая фаза полимеров способствует повышению их твердости, прочности, модуля упругости и других механических характеристик, одновременно снижая гибкость молекул. Аморфная фаза уменьшает жесткость, делает полимер более эластичным, т. е. способным к большим обратимым деформациям. Отношение объема всех кристаллических областей к общему объему называют степенью кристалличности. Высокую степень кристалличности (60 – 80 %) имеют фторопласты, полипропилен, полиэтилен высокой плотности. Меньшей степенью кристалличности обладают поливинилхлорид, полиэтилен низкой плотности. В зависимости от того, как ведут себя полимеры при нагреве, они делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются и плавятся, а при охлаждении затвердевают. При этом материал не претерпевает химических превращений, что делает процесс плавления-затвердевания полностью обратимым. Термопластичные полимеры имеют линейную или линейно-разветвленную структуру макромолекул. Между молекулами действуют слабые силы и нет химических связей. К термопластам относятся полиэтилен, полистирол, полиамиды и др. Изделия из термопластичных полимеров изготавливают литьем под давлением в водоохлаждаемые формы, прессованием, экструзией, выдуванием и другими способами. Термореактивные полимеры сначала имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, затем в результате протекания химических реакций приобретают пространственную структуру и превращаются в твердое вещество, сохраняя и в дальнейшем высокую твердость. Последующий нагрев не размягчает их и может привести только к их разложению. Готовый термореактивный полимер не плавится и не растворяется, поэтому в отличие от термопластичного не может подвергаться повторной переработке. К термореактивным полимерам относятся феноло-формальдегидная, кремнийорганическая, эпоксидная и другие смолы.

Способ заказа и контакты