Технологии конструкционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образования «Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина»

(ФГБОУ ВПО « СГУ им. Питирима Сорокина»)

Институт точных наук и информационных технологий

Кафедра общетехнических дисциплин и методики обучения технологии

ЗАЧЁТНАЯ РАБОТА

Технологии конструкционных материалов

Выполнил: студент 2 курса группы 121-ПОо

Лютоева Александра

Проверил: к.т.н., доцент Козару Т.В.

Сыктывкар 2019

Задание «А»

Гаечный ключ - это инструмент, который используется для закручивания болтов, гаек или элементов имеющих грани. У каждого вида гаечных ключей имеются свои положительные и отрицательные стороны.

В первую очередь гаечные ключи отличаются по форме рабочей части - рожковые, рожково-накидные, накидные, разводные, торцевые.

Несмотря на простоту конструкции, гаечный ключ применяется практически во всех областях техники для сборки механизмов различных уровней сложности. Некоторые типы ключей применяются даже на Международной космической станции.

Наиболее распространённым типом гаечного ключа является обычный двухрожковый ключ. Большинство ключей в настоящее время изготавливаются из специальной инструментальной стали, содержащей хром и ванадий (обозначается Cr-V или CrV).

Гаечные ключи эксплуатируются в сложных условиях, они постоянно подвергаются воздействию масла, воды, выхлопных газов и других химических веществ, провоцирующих коррозию. Поэтому многие ключи имеют антикоррозийное покрытие, значительно повышающее срок их службы. Наиболее часто для этой цели применяется самое обычное цинковое покрытие, которое обеспечивает высокую степень защиты и лишь ненамного удорожает инструмент.

Рисунок 1. Накидной ключ

Рисунок 2. Рожковый ключ

Рисунок 3. Комбинированный ключ

Рисунок 4. Торцевой ключ

Рисунок 5. Разводной ключ

Рисунок 6. Трубный ключ

Для изготовления гаечного ключа используют марку стали 40ХФА.

1. 40ХФА - сталь хромованадиевая с содержанием углерода 0,4%, хрома до 1%, ванадий до 1%, азот до 1%.

Таблица 1. Химический состав в % стали 40ХФА

Таблица 2. Механические свойства до термообработки

Сталь 40ХФА по назначению относится к конструкционной легированной.

2. Влияние примесей на сталь.

Марганец

Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8%. Марганец как технологическая примесь существенного влияния на свойства стали не оказывает.

Кремний

Кремний также вводят в сталь для раскисления. Содержание кремния как технологической примеси обычно не превышает 0,37%. Кремний как технологическая примесь влияния на свойства стали не оказывает. В сталях, предназначенных для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,12-0,25%.

Сера

Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035-0,06%. Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое содержание серы ведет к красноломкости. Кроме того, повышенное содержание серы снижает свариваемость готовых изделий.

Фосфор

Пределы содержания фосфора как технологической примеси составляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и сера, относится наиболее вредным примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода.

Кислород и азот

Кислород и азот растворяются в ничтожно малом количестве и загрязняют сталь неметаллическими включениями (оксидами, нитридами, газовой фазой). Они оказывают отрицательное воздействие на свойства, вызывая повышение хрупкости и порога хладноломкости, а также снижают вязкость и выносливость. При содержании кислорода более 0,03% происходит старение стали, а более 0,1% - красноломкости. Азот увеличивает прочность и твердость стали, но снижает пластичность. Повышенное количество азота вызывает деформационное старение. Старение медленно развивается при комнатной температуре и ускоряется при нагреве до 250oС.

Водород

Увеличение его содержания в сталях и сплавах приводит к увеличению хрупкости. Кроме того, в изделиях проката могут возникнуть флокены, которые развивает водород, выделяющийся в поры. Флокены инициируют процесс разрушения. Металл, имеющий флокены, нельзя использовать в промышленности.

Влияние легирующих элементов

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15-20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых.

3. К основным видам ТО относятся: отжиг, закалка, отпуск и старение.

В зависимости от места в технологическом процессе ТО подразделяется на предварительную и окончательную.

Предварительная ТО, как правило, производится для улучшения технологических свойств заготовок (перед обработкой резанием, холодной штамповкой, прокаткой и т.п.). В качестве предварительной ТО для сталей, как правило, применяют различные виды отжига.

Окончательная ТО производится для придания деталям требуемых эксплуатационных свойств. В качестве окончательной ТО для сталей чаще всего применяют закалку с отпуском, а для многих высокопрочных цветных сплавов - закалку со старением.

Ванадий и хром являются карбидообразующими легирующими элементами. Ванадий образует труднорастворимые карбиды, которые при обычных температурах закалки (800-900) остаются связанные карбиды и не переходит в аустенит. В результате этого прокаливание стали уменьшается. Хром снижает точку мартенситного превращения и увеличивает количество остаточного аустенита.

Сталь 40ХФА обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалку следует проводить в контролируемой атмосфере.

Для стали 40ХФА целесообразно улучшение, т. е. закалка с последующим высоким отпуском, что дает оптимальное сочетание прочности и вязкости.

Для стали 40ХФА температура закалки составляет 880°С в течении 1,5 ч. В качестве охлаждающей среды можно выбрать масло. Последующий отпуск назначается при температуре 550-570°С в течение 1-4 часа в масле. Получаемая структура сорбита отпуска (мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC= 35 - 45.

Выбранный режим нагрева должен обеспечить полное превращение исходной феррито-перлитной структуры в аустенит. Последующее охлаждение материала производится в масле, чтобы обеспечить скорость охлаждения больше, чем критическая скорость (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, т. е. в структуру закаленной стали).

Окончательная обработка

Образование в результате закалки мартенсита приведет к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако резко возрастает склонность материала к хрупкому разрушению, особенно при динамических нагрузках. В связи с этим проводится окончательная операция термической обработки - высокотемпературный отпуск, при котором снимаются остаточные напряжения и обеспечиваются необходимые механические свойства материала.

Диаграммы

Рисунок 7. Диаграмма изотермического распада аустенита

гаечный заготовка маркировка стальной

Рисунок 8. Диаграмма Fe-Fe₃С с указанием температур термообработки

Рисунок 9. Режим термической обработки стали 40ХФА

Задание «Б»

Любому специалисту, имеющему дело с металлом, знакомо понятие «марки стали». Расшифровка маркировки стальных сплавов дает возможность получить представление об их химическом составе и физических характеристиках. Разобраться в данной маркировке, несмотря на ее кажущуюся сложность, достаточно просто - важно только знать, по какому принципу она составляется.

Обозначают сплав буквами и цифрами, по которым можно точно определить, какие химические элементы в нем содержатся и в каком количестве. Зная это, а также то, как каждый из таких элементов может влиять на готовый сплав, можно с высокой степенью вероятности определить, какие именно технические характеристики свойственны определенной марке стали.

Чтобы расшифровка обозначения различных видов сталей не вызывала затруднений, следует хорошо знать, какими они бывают. Отдельные категории сталей имеют особенную маркировку. Их принято обозначать определенными буквами, что позволяет сразу понять и назначение рассматриваемого металла, и его ориентировочный состав.

Расшифровка марки сталей.

1. ЖЧХ-5 - жаростойкий чугун хромистый с содержанием хрома 5%.

Жаростойкие чугуны применяют для элементов конструкций доменных, термических и мартеновских печей, работающих при температуре до 650 °С.

Таблица 1. Химический состав ЖЧХ-5 в %

2. Ст6 - сталь обыкновенного качества углеродистая с содержанием углерода 0,6%. Углеродистая сталь обыкновенного качества Ст6 применяется для деталей повышенной прочности: оси, валы, пальцы поршней и другие детали в термообработанном состоянии, а также для стержневой арматуры периодического профиля.

Таблица 2. Химический состав стали Ст6 в %

3. Сталь50 - конструкционная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,5% углерода. Степень раскисления стали - спокойная (обозначают без индекса).

Из нелегированной специальной стали 50 изготовляют зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, тяжелонагруженные валы, оси, венцы, бандажи, шпиндели, малонагруженные пружины и рессоры, пальцы звеньев гусениц, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок, молотки и др.

Таблица 3. Химический состав сталь50 в %

4. 15ХСНД - Цифра 15 в паре с буквой "Х" свидетельствуют о содержании в сплаве 0,15 % хрома. Буквой "С" в отечественной системе маркировки сталей обозначается химический элемент кремний. Литера "Н" совершенно точно указывает на содержание в стали никеля. Буквой "Д" обозначен такой элемент из таблицы Менделеева, как медь.

Применяется для производства элементов сварных металлоконструкций и различных деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 °С до +450 °С; проката, предназначенного для изготовления мостовых конструкций обычного и северного исполнения.

Таблица 4. Химический состав стали 15ХСНД в %.

5. 

У7 - углеродистая сталь с содержанием углерода 0,7%.

Нелегированные инструментальные стали У7 применяются для изготовления инструментов для обработки дерева (топоров, колунов, стамесок, долот);

пневматических инструментов небольших размеров (зубил, обжимок, бойков);

игольной проволоки;

кузнечных штампов;

молотков, кувалд, бородок, отверток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек.

Таблица 5. Химический состав стали У7 в %.

6. В2Ф - сталь легированная инструментальная с содержанием вольфрама 2%, ванадия до 1%.

Применение: для ленточных пил по металлу и ножовочных полотен.

Таблица 6. Химический состав в % стали В2Ф

7. Р18 - буква «Р» в стали Р18 означает, что сталь быстрорежущая, 18 - указывает среднюю массовую долю вольфрама 18%.

Быстрорежущая сталь Р18 применяется для изготовления всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до 600°С.

Из стали Р18 изготовляют резцы, фрезы, сверла, долбяки, развертки, зенкеры, метчики, протяжки и другие режущие инструменты.

Таблица 7. Химический состав в % стали Р18.

8. ВК8 - твердый сплав с содержанием карбида вольфрама 92, кобальта 8%.

Твердый сплав ВК8 применяется для осуществления черновых работ:

§ стачивания неоднородностей на сечениях среза;

§ сверления отверстий;

§ строгания;

§ фрезеровочных работ;

§ зенкерования серого чугуна.

С его помощью обрабатываются поверхности сталей всех видов: легированных, чугунных, жаростойких; твердых пород дерева.

В состав металла входят:

· W - 91,7%;

· Co - 7,4-8%;

· O - 0,4%;

· C - 0,6-0,66%;

· Fe - 0,3%.

9. АК8 - алюминиевый деформируемый сплав с содержанием алюминия 90.9-94.7%, К8 - 8% кобальта.

Использование в промышленности: для изготовления высоконагруженных деталей самолетов; для деталей, работающих в условиях криогенных температур.

Таблица 8. Химический состав сплава АК8 в %

Применятся для изготовления высоконагруженных деталей самолетов; для деталей, работающих в условиях криогенных температур.

10. БрАЖ9-4 - бронза; А - алюминий 9%; Ж - железо 4%.

Таблица 9. Химический состав БрАЖ9 в %.

Из бронзы марки БрАЖ9-4 изготавливают:

· поковки, прессованные трубы, трубные заготовки и прутки;

· гайки нажимных винтов, шестерни, втулки и седла клапанов для авиационной промышленности;

· в машиностроении бронзу алюминиевую используют для изготовления отливок массивных деталей в землю.

Размещено на Allbest.ru