ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Вопрос №3. Основы термообработки стали. Опишите превращения мартенсита при нагреве ( отпуск стали)

Термическая обработка заключается в нагреве и охлаждении металлов и сплавов с целью изменения их свойств и структуры. Форма изделия и химический состав при этом не меняются.

В зависимости от назначения применяют различные виды термической обработки - отжиг, нормализацию, закалку и отпуск.

Каждый вид термической обработки состоит из следующих операций:

1) нагрева до определённой температуры;

2) выдержки для сквозного прогрева и завершения структурных превращений;

3) охлаждения с большей или меньшей скоростью.

Скорость и температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения определяются требуемыми свойствами.

Мартенсит является неравновесной структурой. Атомы углерода, внедренные в кристаллическую решетку a-железа, создают внутренние напряжения. Каждый такой атом является точечным дефектом. Кроме того, в мартенсите велика плотность дислокаций (10⁹–10¹² см-2). Поэтому мартенсит обладает повышенным запасом внутренней энергии. При комнатной температуре он может сохраняться неограниченно долго, но как только нагрев придаст атомам углерода дополнительную энергию, необходимую для диффузии, начнется превращение мартенсита в более равновесные фазы.

При нагреве мартенсита углерод выделяется из a-твердого раствора, образуя при этом цементит Fe₃C. Мартенсит распадается на феррито-цементитную смесь. В зависимости от температуры и времени превращения могут возникнуть структуры сорбита и троостита. Они имеют зернистое, а не пластинчатое строение, в отличие от сорбита и троостита, полученных при распаде переохлажденного аустенита.

При нагреве (отпуске стали) мартенсита идут следующие процессы:

1) снижение содержания углерода в мартенсите и образование цементита;

2) уменьшение внутренних напряжений;

3) рост частиц цементита;

4) превращение остаточного аустенита в мартенсит (важно для сталей с содержанием углерода > 0,6 %, и особенно – для легированных).

Вопрос №4.Начертите диаграмму состояния сплавов железа с углеродом. Покажите на ней структуры по всем зонам и характерные линии. Справа от диаграммы постройте схематичную кривую медленного охлаждения от 1600ºС до 600 ºС сплава с заданным содержанием углерода.

Опишите превращения, происходящие в заданном сплаве и охарактеризуйте скорость его охлаждения на каждом участке кривой. Дайте определение всем образующимся по ходу охлаждения структурам.

Дано: 1,7% углерода

Рисунок 1 - Диаграмма состояния Fe-Fe₃C и кривая охлаждения сплава

Сплав называется заэвтектоидной сталью.

Опишем структурные превращения сплава, соответствующие промежуткам диаграммы между точками и в каждой точке:

- выше точки 1 – жидкий сплав (Ж);

- в точке 1 ( около 1460°С) – начало первичной кристаллизации сплава с образованием аустенита (Ж→А);

- между точками 1 и 2 (1480-1350°С) – продолжается процесс кристаллизации (Ж→А);

- в точке 2 (около 1260°С ) – конец первичной кристаллизации А (Ж→А);

- между точками 2 и 3 (1260 - 930°С) - охлаждение сплава со структурой аустенит (А);

- в точке 3 ( 930°С) – начало вторичной кристаллизации – из аустенита образуется цементит вторичный (А→Ц₂);

- между точка 3 и 4 (930 - 727°С) – происходит продолжение образования цементита вторичного (А→Ц₂);

- в точке 4 (727°С) – эвтектоидное превращение [А → П (Ф+Ц)] – конец вторичной кристаллизации;

- ниже точки 4 до комнатной температуры (точка 5) охлаждение сплава с постоянной структурой без превращений .

При комнатной температуре сплав будет состоять из перлита, цементита.

Аустенит - твердый раствор углерода в y-Fe. Аустенит имеет высокую пластичность, низкий предел прочности при растяжении. Твердость аустенита НВ 1700 — 2200 МПа.

Цементит (Fe₃C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67 % углерода. Цементит имеет высокую твердость (более 800 НВ, легко царапает стекло), но чрезвычайно низкую, практически нулевую, пластичность. Цементит способен образовывать твердые растворы замещения.

Феррит – твердый раствор на основе α–Fe, содержащий < 0,02 %С, очень мягкая (твердость НВ 800) и пластичная (относительное удлинение δ = 30 %) фаза.

Перлит представляет собой эвтектоидную смесь двух фаз — феррита и цементита . Перлит — продукт эвтектоидного распада (перлитного превращения) аустенита при сравнительно медленном охлаждении железоуглеродистых сплавов ниже 727 °C.

Вопрос №5. Для углеродистой стали укажите назначение, определить температуру нагрева, время прогрева, скорость охлаждения и охлаждающие среды для

а) отжига в) закалки

б) нормализации г) отпуска

Дано: сталь 50, толщина детали 20мм

Ответ:

Сталь 50 - Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, тяжелонагруженные валы, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев гусениц, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок и другие детали, работающие на трение. Температура критических точек: Ac₁ = 725 , Ac₃ = 760 , Mn = 300

Марка стали 50. Диаметр детали 20 мм.

Вид термообработки	Назначение термообработки	Температура нагрева	Время нагрева в минутах	Охлаждение
По точкам диаграммы «железо-цементит»	°С	Среда	Скорость
Отжиг полный	Полная перекристаллизация структуры стали (аустенит)	Аc₃+30-50ºС		2ч	В печи	120°С/ч
Нормализация	Повышение дисперсности фаз	>Ac₃		3ч	воздух	200°С/ч
Полная закалка	Повышение твердости, прочности и долговечности	Аc₃+30-50ºС		1ч	Вода	150°С/ч
ВЫсокий отпуск	Повышение прочности и вязкость без заметного снижения твёрдости	<Ac₁		1,5 ч.	вода	120°С/ч

Свойства стали 50 после термической обработки: σ_т=680-780 МПа, σ_в=870-970 МПа, δ=13-11%, ψ=61-57%, а_н=120-80, НВ=230-250.

Вопрос № 6. Расшифровать марки и указать применение материалов.

1) Ст2 - Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества

Ст - Сталь обыкновенного качеств; 2 – условный номер марки.

Предел прочности σ_В=420МПа, относительное удлинение δ=21% Применение: неответственные детали, требующие повышенной пластичности или глубокой вытяжки; маланагруженные элементы сварных конструкций, работающие при постоянных нагрузках и при положительных температурах

2) 40Х – Сталь конструкционная легированная.

40 - содержание углерода С=0,4%, Х – содержания хрома 1-1,5%,.

Предел прочности σ_В=655МПа, предел текучести σ_В=490МПа, относительное удлинение δ=15%, Твердость 350НВ

Применение: оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

3) 40ХГФА - Сталь конструкционная лугированная

40 – содержание углерода С = 0,4%;

Х - содержание хрома Cr=1%.

Г – содержание марганца менее 1-1,5%;

Ф – содержание ванадия мене 1-1,5%

А - означает, что сталь – высококачественная

Предел прочности σ_В=615МПа, предел текучести σ_В=395МПа, относительное удлинение δ=15%, Твердость 225НВ

Применение: в улучшенном состоянии—шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, валы экскаваторов и другие детали, работающие при температуре до 400 °С; после закалки и низкого отпуска — червячные валы и другие детали повышенной износостойкости.

4) У13 - Сталь инструментальная углеродистая.

У – углеродистая инструментальная сталь;

11 – содержание углерода С=1,3%.

Предел прочности σ_В=900МПа, твердость 217НВ

Применение: инструменты повышенной износостойкости, работающие при умеренных и значительных давлениях без разогрева режущей кромки

5) СЧ30 – Серый чугун.

ВЧ - серый чугун;

30 - временное сопротивление чугуна при растяжении (кгс/мм2)

Предел прочности σ_В=300МПа,

Применение: для изготовления отливок.

6) ВК6- Вольфрамокобальтовый сплав.

ВК – Вольфрамокобальтовый сплав;

6– порядковый номер сплава

Применение: для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов

7) АЛ9 – алюминиевый литейный сплав

АЛ – алюминиевый сплав;

9 – порядковый номер сплава.

Предел прочности σ_В=230МПа, предел текучести σ_В=140МПа, относительное удлинение δ=2%

Применение: для изготовления фасонных отливок; сплав отличается высокой герметичностью

8) ЛК80-3 – литейная двухфазная кремнистая латунь по ГОСТ1771-93. Содержит 80% меди, 3% кремния, остальное цинк. Имеет σ_В=380МПа

Применение: изготовление крупных коррозионно-стойких заготовок, судовых винтов

9) ВТ8- титановый деформируемый сплав.

ВТ – титановый сплав;

8– порядковый номер сплава

Применение: для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, фольги, полос, плит, прутков, профилей, труб, поковок и штампованных заготовок) методом деформации, а также слитков; деталей различного назначения, работающих при температуре до +480 °С; деталей газотурбинных авиационных двигателей (дисков, лопаток компрессора низкого давления, деталей крепления вентилятора).

Список литературы:

1 Технология конструкционных материалов: учебник для вузов / А.М. Дальский [и др.] ; под общ. ред. А.М. Дальского. – М. : Машиностроение, 1977. – 644 с.

2. Технология конструкционных материалов / Под редакцией О.С. Коморова. -Мн.:1998.

3. Кузьмин. Б.А. и др. "Технология металлов и конструкционные материалы". -М.: Машиностроение, 1989 г.

4. Материаловедение и технология металлов. Учебник для студентов машиностроительных спец. ВУЗов / Фетисов Г. П., Карпман М. Г. и др. – М.: Высшая школа, 2000. – 638 с.