Стали и сплавы

1. 1. Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, постройте кривую (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,8% углерода. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Строим кривую охлаждения (Рис.1). Для заданного состава проводим линию сплава. Отмечаем каждое пересечение линий сплава с линиями диаграммы. Сносим каждую точку пересечения на диаграмме для построения кривой охлаждения.

Рис. 1. Диаграмма состояния железо-цементит и кривая охлаждения заданного сплава

сталь сплав термообработка микроструктура Сплав железа с углеродом, содержащий 3,8% С, называется доэвтектическим чугуном. Его структура при комнатной температуре — перлит + цементит (вторичный) + ледебурит (перлит + цементит).

Микроструктура стали с содержанием углерода 3,8%.

2. Вычертите участок диаграммы Fe-Fe3C для стали и нанесите на нём линии температур нагрева сталей для термической обработки. Расшифруйте марку стали У13, определите группу по назначению, назовите изготовляемые из этой стали делали. По диаграмме Fe-Fe3C определите температуру полного и неполного отжига, полной и неполной закалки, нормализации стали У13

Марка: У13.

Класс: Инструментальная углеродистая сталь

Использование в промышленности: инструменты повышенной износостойкости, работающие при умеренных и значительных давлениях без разогрева режущей кромки.

У13 Заэвтектойдная сталь, Тн= Acm+(30.50) °C.Закалка в воду+НО Отжиг — термическая обработка, при которой сталь нагревается выше Ас3(или только выше Ас1 — неполный отжиг) с последующим, медленным охлаждением. Нагрев выше Ас3 обеспечивает полную перекристаллизацию стали. Медленное охлаждение при отжиге. Обязательно должно привести к распаду аустенита и превращению его в перлитные структуры. Нормализация есть разновидность отжига, при нормализации охлаждение проводят на спокойном воздухе, что создает несколько более быстрое охлаждение, чем при обычном отжиге. И в случае нормализации превращение должно произойти в верхнем районе температур с образованием перлита, но при несколько большем переохлаждении, что определяет некоторое различие свойств отожженной и нормализованной стали.

Отжиг и нормализация обычно являются первоначальными операциями термической обработки, цель которых — либо устранить Некоторые дефекты предыдущих операций горячей обработки (литья, ковки и т. д.), либо подготовить структуру к последующим технологическим операциям (например, обработке резанием, закалке). Однако довольно часто отжиг, и особенно нормализация, являются окончательной термической обработкой. Это бывает тогда, когда после отжига или нормализации получаются удовлетворительные с точки зрения эксплуатации детали свойства и не требуется их дальнейшее улучшение с помощью закалки и отпуска.

Основные цели отжига: перекристаллизация стали и устранение внутренних напряжений или исправление структуры.

Термической обработкой, обеспечивающей получение максимальной твердости инструментальной сталиУ13А, является закалка с последующим низким отпуском.

3. Для некоторых деталей выбрана легированная сталь марки15Х11МФ. Расшифруйте состав, определите группу стали по назначению, назовите детали, изготовляемые из этой стали. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, опишите структуру и свойства стали после термообработки. Объясните влияние легирующих элементов на точки и линии диаграммы Fe-Fe3C, на термическую обработку и свойства стали

Марка: 15Х11МФ.

Состав: ГОСТ 5632–72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.» ;

ГОСТ 5949–75 «Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия.» .

Химический состав в % стали 15Х11МФ (старое название 1Х11МФ).
C.	0,12 — 0,19.
Si.	до 0,5.
Mn.	до 0,7.
Ni.	до 0,6.
S.	до 0,025.
P.	до 0,03.
Cr.	10 — 11,5.
Mo.	0,6 — 0,8.
V.	0,25 — 0,4.
Cu.	до 0,3.
Fe.	~85.

Свойства: Сталь жаропрочная высоколегированная, трудносвариваемая.

Использование в промышленности: турбинные лопатки, поковки, бандажи и др. детали, длительно работающие при температурах до 560 °C; температура окалинообразования 750 °C.; сталь мартенситного класса.

Режим термообработки: Закалка 1180−1200 °С, 2,5−8 ч, воздух. Закалка 1040−1060 °С, 4 ч, воздух.

Свойства термообработанном состоянии: НВ 340−364 и уB = 930 МПа Kх тв.спл. = 0,15, Kх б.ст. = 0,10.

Основу сплава составляют 2 металла: железо (85%), хром (10−11,5%).

Железо способствует образованию аустенитной прочной структуры, никель служит твердым разжижителем, благодаря которому структура сплава становится более однородной и пластичной.

Хром усиливает коррозионную стойкость и жаропрочность сплава.

4. Для изготовления деталей машин и приборов выбран сплав цветного металла АМг2. Расшифруйте состав, укажите, к какой группе относится сплав, приведите примеры деталей из него. Опишите влияние легирующих элементов. Назовите термообработку, возможность упрочнения, режим, структуру и свойства сплава

Химический состав в % сплава АМг2.
Fe.	до 0,4.
Si.	до 0,4.
Mn.	0,2 — 0,6.
Ti.	до 0,1.
Al.	95,3 — 98.
Cu.	до 0,1.
Mg.	1,8 — 2,8.
Zn.	до 0,2.

Марка: АМг2.

Класс: Алюминиевый деформируемый сплав.

Удельный вес сплава АМг2: 2680 кг/м³

Твердость материала: HB 10 ^-1 = 45 МПа.

Свариваемость материала: без ограничений.

Твердость: HB10 ^-1 =45МПа.

Использование в промышленности: для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, полос, плит, профилей, панелей, труб, проволоки, штамповок и поковок) методом горячей или холодной деформации; коррозионная стойкость высокая. Благодаря боле высокой прочности, по сравнению с более чистыми сплавами алюминия, АМг2 более охотно применяется в качестве материала для оконных и дверных профилей, а также других лёгких сборных или сварных конструкций. При этом он также лёгок и удобен в работе, как и более чистые сплавы.

Из них — профили в виде уголков пользуются особым спросом в виду их лёгкости, хорошей коррозионной стойкости, свариваемости и более высокой прочности, чем у многих других алюминиевых сплавов.

Сплавы магния характеризуются низкой плотностью, высокой удельной прочностью, способностью хорошо поглощать вибрации. Прочность сплавов стп при соответствующем легировании и термической обработке может достигать 350−400 МПа. Достоинством магниевых сплавов является их хорошая обрабатываемость резанием и свариваемость. К недостаткам относятся меньшая коррозионная стойкость, чем у алюминиевых сплавов, трудности при выплавке и литье и необходимость нагрева при обработке давлением.

Термическая обработка: Термической обработкой сплав не упрочняется: профили из него поставляются в горячепрессованном или отожженном состояниях. При производстве профилей применяют два вида отжига: низкий при температуре 270−300 ° C и высокий (полный) при 360−420 ° C. Охлаждение после отжига на воздухе.

5. Выбран неметаллический материал-фторопласты. Укажите состав и свойства, назначение материала, назовите изготавливаемые из него детали. Опишите строение, применяемую обработку, рабочие характеристики материала, предъявляемые к нему требования, границы применяемости

Состав и свойства: фторопласт. Этот полимер обладает просто уникальными качествами. Связь атомов углерода и фтора, в этой специфической структуре молекул, чрезвычайно сильна, что и определяет такой неповторимый набор физических и химических характеристик фторопластов, сочетание которых не встречаются ни в каких других материалах.

Фторопласты имеют чрезвычайно высокую устойчивость к воздействию химических сред. Обладают неплохими прочностными, отличными антифрикционными, диэлектрическими и анти адгезионными параметрами, и имеют способность не терять эти свойства в большом температурном диапазоне.

Для улучшения нужных параметров полимеров, таких как, износостойкость, твердость, стойкость к деформации, теплопроводности, уменьшения коэффициента трения, в полимеры добавляют различные наполнители. Такие модифицированные фторопласты применяются во многих областях быта, строительства, промышленности и сельского хозяйства.

Обработка: Отличительной особенностью при изготовлении деталей из фторопласта -4 (композиций на его основе) и получение высокоточных изделий является необходимость снятия внутренних напряжений в материале. При этом необходимо учесть, что обработка фторопласта и контроль результатов обработки должен проводится при комнатной температуре — выше 20оС, чтобы измеряемые размеры соответствовали чертежным. Результаты измерения будут точнее, если измеряемые приборы не будут создавать повышенного давления на деталь.

Области применения Особые свойства фторопласта, их уникальное сочетание обуславливает сферы его применения и использования. К этим свойствам относится: стойкость к атмосферным и химическим воздействиям, замечательные антифрикционные и уплотнительные свойства, отличные анти адгезионные и превосходные диэлектрические и электрические свойства, высокая термостойкость и абсолютная инертность к пищевым и биологическим средам.

Все фторопластовые изделия гигиенически сертифицированы Фторсодержащие полимеры благодаря своим уникальным свойствам стали незаменимыми для электротехнической, химической, радиоэлектронной промышленности, машиностроения, производства кабельной продукции и проводов, авиастроении и приборостроении, автомобилестроении, энергетической и атомной промышленности. В производстве, применение фторопласта, модифицированного различными наполнителями, наиболее часто наблюдается в изготовлении:

• o узлов трения, выполняющих роль подшипников скольжения;
• o уплотнительных систем в виде уплотнительных колец, манжет, как прокладки из фторопласта, для механических и гидравлических устройств, а также плунжерных и поршневых компрессоров;
• o направляющих конструкций для перерабатывающего пищевые продукты оборудования, для загрузочных автоматов и сборочных конвейеров;
• o опор скольжения в конструкциях железнодорожных и автомобильных мостов;
• o направляющих для тросов строительных и промышленных механизмов;
• o различных систем управления, систем реверсивных устройств, систем нейтрализации газа и жидкостей;
• o протезов кровеносных и сердечных сосудов, емкостей для хранения крови и других изделий в медицинской отрасли.

Используемая литература:

Зубченко А.С. (2003) Марочник сталей и сплавов.

Рогов В.А. (2008) Новые материалы в машиностроении.

Арзамасов Б.Н., Макаров В. И., Мухин Г. Г. Материаловедение: Учебник 2-е изд.

Интернет ресурсы.