Билет 5

2. Требования, предъявляемые к материалам для зубчатых колес, способы повышения их конструкционной прочности. Выбор сталей для зубчатых колес и их упрочняющей обработки в зависимости от уровня требуемых характеристик.

Хромоникелевые стали 20ХН, 12ХН3А применяют для изготовления деталей средних и больших размеров, работающих на износ при больших нагрузках (зубчатые колеса, шлицевые валы). Одновременное легирование хромом и никелем, который растворяется в феррите, увеличивает прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементованного слоя. Стали мало чувствительны к перегреву. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевых сталей и позволяет проводить закалку крупных деталей с охлаждением в масле и на воздухе.

Билет7

2. Серые, ковкие, высокопрочные, вермикуляные чугуны. Их состав, марки, структуры, способы получения, свойства.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14% С и затвердевающие с образованием эвтектики.

Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Согласно диаграмме состояния Fe – Fe3С белые чугуны подразделяют на доэвтектические, эвтектические и завтектические. Из-за большого количества цементита они твердые (450 – 550 НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Серыми называют чугуны с пластинчатой формой графита.

По химическому составу серые чугуны разделяют на обычные (нелегированные) и легированные. Обычные серые чугуны – сплавы сложного состава, содержащие основные элементы: Fe, C, Si и постоянные примеси: Mn, P и S.

Углерод оказывает определяющее влияние на качество чугунов, изменяя количество графита и литейные свойства. Чем выше концентрация углерода, тем больше выделений графита и ниже механические свойства чугуна. По этой причине максимальное содержание углерода ограничивается доэвтектической концентрацией. В то же время снижение его концентрации отрицательно сказывается на жидкотекучести и, следовательно, на литейных свойствах чугуна.

Кремний обладает сильным графитизирующим действием; способствует выделению графита в процессе затвердевания чугунов и разложению выделившегося цементита.

Марганец затрудняет графитизацию чугунов, несколько улучшает их механические свойства.

Сера – вредная примесь. Она ухудшает механические и литейные свойства чугунов: понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и повышает склонность к образованию трещин.

Фосфор – чугуны имеют низкую температуру плавления (950 ^oС), что увеличивает жидкотекучесть чугунов, но высокую твердость и хрупкость.

Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и главным образом от количества, формы и размеров графитных включений. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением перлита в металлической основе, которая по строению аналогична сталям.

Марка серого чугуна состоит из букв СЧ и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления при растяжении.

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводится в жидкий чугун в количестве 0,02 – 0,08 %.

Химический состав: тот же.

По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным или перлитным. Ферритным чугун в основном состоит из феррита и шаровидного графита; допускается до 20 % перлита. Структура перлитного чугуна – сорбитообразный и пластинчатый перлит и шаровидный графит; допускается до 20 % феррита.

Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый, поэтому он меньше снижает механические свойства металлической основы. Чугуны с шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью.

Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначающего уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления.

В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную форму (до 40 %) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму.

Химический состав: тот же.

Чугуны с вермикулярным графитом производят четырех марок: ЧВГ 30, ЧВГ 35, ЧВГ 40, ЧВГ 45 (Число обозначает то же самое, что и раньше).

По механическим свойствам ЧВГ занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами.

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопчатовидную форму. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов. По этой причине графит ковких чугунов называют углеродом отжига. Такой графит, в отличие от пластинчатого, меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствие чего ковкие чугуны по сравнению с серыми обладают более высокой прочностью и пластичностью.

По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными. Ферритные чугуны имеют более высокую пластичность, а перлитные – более высокие прочность и твердость.

Отсутствие литейных напряжений, которые полностью снимаются во время отжига , компактная форма и изолированность графитных включений обусловливают высокие механические свойства ковких чугунов.

Маркируют ковкие чугуны буквами КЧ и числами, первое из которых указывает уменьшенное в 10 раз значение σв, второе – значение δ.

Недостаток – повышенная стоимость, из-за дорогостоящего отжига.

Билет8