Определение свойств и технологий обработки сталей, применяемых в машиностроительном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Выберите сталь для изготовления рессор. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и главные свойства рессор после обработки. Каким способом можно повысить усталостную прочность рессор?

Стали, применяемые для изготовления пресс-форм, относятся к группе инструментальных. Технологические и механические свойства инструментальных сталей определяются наличием химических элементов, входящих в данную сталь. При изготовлении пресс-форм используют теплостойкие стали повышенной вязкости, которые обеспечивают высокие прочность и сопротивление пресс-формы при нагреве.

Сталь 4Х4ВМФС относится по свойствам к группе теплостойких инструментальных сталей (повышенной теплостойкости). Теплостойкие стали сохраняют высокую твердость до нагрева на температуры порядка 650-700оС (твердость 45ё52 HRC). Основная карбидная фаза - карбид вольфрама (молибдена) Ме6С и карбид Ме23С6. Также возможно интерметаллидное упрочнение. Теплостойкие стали являются глубоко прокаливающимися.

Табл. 1. Химический состав в % материала 4Х4ВМФС (по ГОСТ 5950 - 2000)

Табл. 2. Температура критических точек материала 4Х4ВМФС, °С

Рис. 1. График термической обработки штампа из стали 4Х4ВМФС

Легирующие элементы Mo, W, V, Cr замедляют процесс коагуляции, сохраняя при этом высокую дисперсность карбидных частиц, соответственно большую прочность. Выделение из твердого раствора карбидов МС, М2С нередко вызывает повышение твердости - дисперсное упрочнение. Сталь 4Х4ВМФС не склонна к отпускной хрупкости (легирование вольфрамом и молибденом) поэтому охлаждение после отпуска проводят на воздухе.

Табл. 3. Механические свойства стали 4Х4ВМФС (Закалка с 1050-1070 °С в масле, отпуск при 550°С)

В основе повышения износостойкости и усталостной прочности деталей лежит воздействие на рабочую поверхность деталей и элементы кристаллической решетки металла путем применения различных видов обработок:

- слесарно-механическая обработка;

- термическая обработка (закалка);

- химико-термическая обработка;

- гальваническая обработка;

- механическое упрочнение;

- электроискровая обработка;

- виброударный метод;

- пневмодинамический метод;

- дробеструйный метод;

- ударно-барабанный метод;

- обкатывание (раскатывание);

- алмазное выглаживание.

Рассмотренные методы повышения усталостной прочности, а также факторы влияющие на усталость материалов дают представление о поведения материалов, достижении требуемых свойств различными методами, возможность проведения исследований в области применения комбинированных методов повышения усталостной прочности.

2. В результате термической и химико-термической обработки шестерни должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для изготовлении их выбрана сталь 18ХГТ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической, химико-термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства поверхности и сердцевины шестерни после термической обработки

Сталь 18ХГТ - конструкционная легированная сталь. Назначение - улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок. Химический состав стали указан в таблице 4.

Табл. 4. Химический состав стали 18ХГТ, %

Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик твердых сплавов является нанесение на режущую часть инструмента тонких износостойких покрытий на основе нитрида титана, карбида титана, нитрида молибдена, окиси алюминия. Толщина наносимого слоя покрытия колеблется от 0,005 до 0,2 мм. Опыты показывают, что тонкие износостойкие покрытия приводят к значительному росту стойкости инструмента.

18ХГТ - улучшаемая или цементируемая сталь для деталей ответственного назначения. При шестерне требуется высокая контактная прочность, а это обеспечивается цементацией.

износостойкий сталь сплав легированный

3. Для изготовления вакуумной аппаратуры и достижения плотных контактов между металлом и стеклом используется сплав платинит Н48. Расшифруйте состав и определите группу сплава по назначению. Опишите влияние легирующих элементов на основную характеристику сплава и причины выбора данного состава сплава (в связи с аномалией изменения термического коэффициента расширения)

Сплав Н48 (48 % никеля) имеет коэффициент линейного расширения такой же, как у стекла и платины, и его применяют для спаев со стеклом, он получил название «платинит». Для спайки с молибденовыми стеклами применяют сплав 29НК (29 % никеля, 18 - кобальта), называемый «коваром».

Особое место занимают спаи платинита со стеклом. Поэтому участок спая стекла с платинитом не следует отжигать до полного исчезновения напряжений.

Свариваемые металлы: никель - платинит или никель - платинит - медь подаются в виде отрезков проволок (диаметром до 0 8 мм) в зону наивысшей температуры водородно-кислородного пламени, где происходит соединение.

Взаимодействие платинита и тиоэфиров неприменимо.

После отрезки ножами нужной длины платинита и меди, двухзвенный электрод захватывается и подается наверх, где и происходит приварка таким же образом отрезка никеля.

Коэффициент линейного расширения стекла, платинита и платины одинаковы.

Для лучшей смачиваемости стеклом поверхность платинита в процессе его изготовления подвергается окислению до закиси меди, которая способна растворяться как в самой меди, так и в, стекле, и обеспечивает смачиваемость стеклом поверхности платинита.

Платинит иногда называют также железо-никелевый сплав (54% Fe, 46% Ni), используемый в электровакуумной промышленности для соединения с керамикой (в России сплав марки 46H).

Важнейшие легирующие элементы - металлы VIII группы периодической системы Менделеева Rh, lr, Pd, Ru, Ni и Co, а также Cu, W, Мо. Характеризуются высокой температурой плавления, коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, в частности большим сопротивлением окислению при повышенных температурах, а также высокими механическими свойствами и износоустойчивостью. Некоторые обладают каталитическим действием в химических реакциях окисления, гидрогенизации, изомеризации и др. Большинство элементов хорошо поддаются обработке давлением; изделия из них могут быть получены ковкой, прокаткой, волочением и штамповкой.

4. Для изготовления деталей двигателей внутреннего сгорания выбран сплав АК8. Расшифруйте состав, укажите способ изготовления деталей из данного сплава и приведите характеристики механических свойств сплава при повышенных температурах

АК8 - деформируемый алюминиевый сплав, разработанный на базе системы Al-Cu-Mg-Mn.

Деформируемые алюминиевые сплавы разделяют на три группы:

а) сплавы, не упрочняемые термической обработкой;

б) сплавы, упрочняемые термической обработкой;

в) сплавы для ковки и штамповки.

АК8 относится к третьей группе сплавов.

В таблице 1 представлен химический состав и основные механические свойства сплава АК8. Основными легирующими элементами являются медь, магний, марганец и кремний.

Табл. 5. Химический состав и механические свойства алюминиевого сплава АК8

Сплав обладает достаточно высокой прочностью и высокой пластичностью в горячем состоянии (450 - 475°С). Сплав способен работать при криогенных температурах.

Для повышения прочности проводят температурную обработку, состоящую из закалки и искусственного старения. Упрочняющими фазами при старении являются Mg2Si, CuAl2, AlxMg5CuSi4.

Этот сплав хорошо обрабатывается резанием и удовлетворительно сваривается контактной и аргонодуговой сваркой. Литейные свойства улучшаются за счет добавки кремния. Однако этот сплав склонен к межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением.

5. Метчики из стали У10 закалены: первый - от температуры 760 0 С, а второй - от температуры 850 0 С. Нанесите на диаграмму состояния железо - цементит выбранные температуры нагрева и объясните, какой из этих метчиков закален правильно, имеет более высокие режущие свойства и почему

При комнатной температуре сталь У10 имеет структуру цементита и перлита. До температуры Аc1 сохраняется исходная структура. При температуре Аc1 происходит превращение перлита в аустенит с содержанием углерода 0,8%. При нагреве выше точки Ас1 происходит растворение цементита в аустените (в соответствии с линией SE). Увеличение температуры выше точки Асm вызывает рост зерна аустенита.

Критические точки для стали У10: Аc1 = 730°С; Аcm = 800°С.

При нагреве до 700єС в стали У10 не происходят аллотропические превращения, и мы имеем ту же структуру - перлит + карбиды, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + карбиды с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.

Для закалки заэвтектоидные стали нагревают на 50-70°С выше точки Ас1. Таким образом, температура нагрева под закалку составляет 780-800°С. При этих температурах в стали наряду с аустенитом имеется цементит. Поэтому после закалки в структуре заэвтектоидных сталей будет мартенсит с цементитом и небольшое количество остаточного аустенита. Охлаждающая среда при закалке - индустриальное масло. Твердость поверхности после закалки 62-64 HRC. Для снятия напряжений и стабилизации структуры после закалки изделия подвергают низкому отпуску.

Нагрев и выдержка стали У10 при температуре 850єС перед закалкой приводит к росту зерна и ухудшению механических свойств стали после термической обработки. Крупнозернистая структура вызывает повышенную хрупкость стали, иногда приводит к трещинам.

Таким образом, более высокие режущие свойства (твердость и износостойкость) достигаются при закалке стали от 780-800°С.

Размещено на Allbest.ru