Вариант 7

1. В ходе проверки контролером ОТК железографитовых втулок СК-2,5-103 к кокономотальному автомату СКЭ-4-ВУ была обнаружена повышенная пористость материала втулки. Назвать возможные последствия брака, его причины. Предложить способы устранения брака в дальнейшем.

2. В результате эксплуатации подшипника скольжения произошел износ его внутренней поверхности. Выбрать пластмассу для ремонта подшипника. Выбор обосновать.

3. Выбрать композиционный материал для изготовления бензобака. Выбор обосновать.

Вариант 8

1. Изготовлен железный подшипник правый № 3-34 к ткацкому станку ТВ-160 ШЛ. Подобрать пропитку подшипника для работы его при нагрузке 2,5 МПа и скорости 80 м/с. Выбор обосновать.

2. В результате длительной эксплуатации на установочных поверхностях столов оборудования появились задиры и забоины. Для восстановления поверхности столов подобрать пластмассу и предложить способы ремонта поверхности. Выбор обосновать.

3. Выбрать композиционный материал для изготовления дисков шестерен, работающих при температуре t = 100°С. Выбор обосновать.

Вариант 9

1. Шестерни П-66.4В-35-Н к прядильному станку П-66, изготовленные из порошкового материала ЖГр 1,5Д2,5 в технических условиях должны иметь пористость 23%, но контролером ОТК была установлена повышенная пористость материала детали (30%). Чем вызван этот брак? Предложить способы избежания этого брака в дальнейшем.

2. В результате длительной эксплуатации произошел износ фрикционной муфты сцепления. Выбрать пластмассу для ремонта и предложить способ ремонта муфты. Выбор обосновать.

3. Выбрать композиционный материал для изготовления стоек кулачков механизма с повышенной механической прочностью. Выбор обосновать.

Вариант 10

1. Поршневые кольца асимметричной формы высокой прочности, изготовленные из порошкового материала в специальной пресс-форме, при спекании искривились. Предложить другой способ для получения колец асимметричной формы, при котором не возникал бы этот брак, и указать причины полученного брака.

2. При посадке подшипника качения в корпусе машины произошла деформация подшипника и гнезда корпуса, в которое он установлен. Предложить способ восстановления посадочных мест подшипника качения и выбрать пластмассу для восстановления. Выбор обосновать.

3. Выбрать композиционный материал для изготовления маховиков с повышенной теплостойкостью. Выбор обосновать.

2. Примерный алгоритм решения задачи

1. Определить механические и эксплуатационные свойства, требуемой детали.

2. Выбрать группу материалов для изготовления детали, дать сравнитель-ную характеристику группе.

3. Определить способ получения детали.

4. Выбрать оптимальную технологию термической обработки детали, выбор обосновать теоретически.

3. Пример решения задачи 1 и 2

В результате длительной эксплуатации подшипника качения, произошел износ роликов. В чем причина? Предложить способ избежания его в дальнейшем.

Как известно, ролики подшипника качения обладают высоким уровнем физико-механических свойств, необходимых для их успешной эксплуатации. Ролик является одной из наиболее тяжело нагруженных деталей подшипника. Выбор материала и разработка режимов изготовления из него роликов позволят попутно решить задачу по подбору материала для менее ответственных деталей, таких как направляющий борт, сепаратор, кольцо.

Основные механические свойства  оптимальное сочетание пористости и твердости.

Для решения задачи используем в качестве основы материалы железных порошков марки ПЖ2М (ГОСТ 9849–74) и фирмы Хеганес, хрома, графита марки ГКБ (ГОСТ 4404–58), меди марки ПМС2 (ГОСТ 496068). В качестве технологической добавкипластификатора используется стеарат цинка (ТУ6-09-3567-75). Возьмем шихты, составов: ЖГр1,5Х1,5Д(2-10); ЖГр0,5Х3Н3; ЖГр1,5Х1,6; ЖГр1,5Х2.

Проведем сравнительную характеристику выбранной группы материалов (табл. 1 и 2).

Таблица 1 – Режимы операций получения деталей

Технологические особенности, режимы	ЖГр1,5Х1, 5Д(210)	ЖГр0, 5Х3Н3	ЖГр1, 5Х1,6	ЖГр1, 5Х2
1	2	3	4	5
Марка железного порошка	ПЖ2М	ПЖ2М	ПЖ2М	Хеганес
Способ и режим перемешивания:	Шаровая мельница	Смеситель «пьяная Бочка»	Шаровая мельница	Двухконус-ный смеситель
– обороты, об/мин	60	60	60	60
– время, t	2	2	2	2
Удельное давление первичного прессования; т/см	8,0	7,0	7,0	7,0
Режимы спекания:
– температура, С	1100	1200	1150	800
– время, t	2	4	2	2
– среда	крунд+кар-бюризатор	глзем+кар-бю ризатор	водород	водород
Удельное давление вторичного прессования, т/см	–	8,0	8,0	8,0
Режим повторного спекания;	–
– температура, С		1150	1150	1100
– время, t		3	3	2
– среда		карбюриза-тор	водород	водород

Таблица 2 – Химические и механические свойства

Материал	Содержание углерода, %	Пористость, %	Микроструктура	Твердость, НВ, кг/мм
ЖГр1,5Х1,5Д2	0,40	22	Феррит 80%, перлит, вклю-чение Сu	55
ЖГр1,5Х1, 5Д10	0,30	22	Аустенит, карбид, участкики феррита, карбиды (Fe3C;Me23C6)	65
ЖГр0,5Х3Н3	0,30	15	Аустенит, карбиды (Fe3C;Me23C6)	130
ЖГр1,5Х1,6*	0,65	8	Феррит 70%, карбиды (Fe3C;Me23C6)	150
ЖГр1,5Х2*	0,9	5	Зернистый перлит + отдельные участки феррита (Fe3C;Me23C6)	180

* После повторного спекания и прессования.

Из данных таблиц можно сделать вывод о том, что спекание детали в атмосфере водорода по сравнению со спеканим в твердой засыпке благотворно влияет на протекание диффузных процессов проникновения углерода в решетку α, φ-железа, образующегося при температурах спекания.

В структуре рассматриваемых материалов присутствие чистой меди и графита может играть роль твердой смазки. Поры, пропитанные маслом, и наличие твердой смазки графита и меди при эксплуатации в условиях трения износа приведут к образованию надежной разделительной пленки между трущимися поверхностями, которая предохранит от схватывания и уменьшит силу трения.

Кроме того, следует отметить, что эти материалы быстрее литых, штампованных и других материалов прирабатываются в процессе эксплуатации. Из сказанного можно сделать вывод, что материалы могут быть использованы для изготовления таких деталей подшипника, как, например, борт и сепаратор, работающих в относительно легких условиях.

Из представленных в таблице материалов ЖГр1,5Х2 наиболее близок по структуре к монолитной стали ШХ15 в состоянии поставки. Как известно, особенностью термической обработки спеченных материалов является чувствительность к тепловому удару, объясняемая изменением тепло-физических характеристик пористых изделий, снижением предела их прочности и модуля упругости по сравнению с литыми. Оценка по Мэнсону показывает, что при прочих равных условиях стойкость к тепловому удару у спеченных материалов может быть понижена в несколько раз.

Температура нагрева под закалку должна немного превышать критическую точку для данного материала, а скорость его охлаждения должна быть как можно ближе к критической. Использование для нагрева под термообработку расплавов солей позволит добиться этих требований, тем более что выбор определенного состава ванны обеспечит защитную атмосферу нагрева. Процесс прогревания роликов по сечению в расплавах солей происходит равномерно, а при охлаждении даже в нагретой воде, то есть с низкими скоростями охлаждения, соль, находящаяся на поверхности, препятствует образованию паровой рубашки.

Для спеченного материала ЖГр1,5Х2 целесообразно применить следующий оптимальный вариант проведения термической обработки :

1. Нагрев до 800⁰С, выдержка в течение 60 мин. в ванне с В₂О₃ , затем перенос в ванну с температурой 720⁰С, выдержка в течение 60 мин. в В₂О₃, охлаждение с муфелем до 300⁰С ± 10⁰С, затем на воздухе.

2. Нагрев до 840⁰С ± 10⁰С, выдержка в течение 60 мин. в соляной ванне с составом-15%BaCl, 25%КCl.

3. Отпуск в масле И-20 при температуре 120⁰С в течение 120 мин.

Первая операция термической обработки необходима с целью подготовки микроструктуры к закалке, а именно для получения структуры сорбитообраз-ного перлита с равномерным распределением карбидов хрома в железной матрице.

Твердость закаленных роликов, изготовленных из ЖГр1,5Х2, и соответствующая ей структура материала удовлетворяют техническим требованиям. Для улучшения механических свойств поверхности, уменьшения остаточной пористости перед закалкой следует произвести специальную обработку давлением роликов. Эта операция позволит получить ролики с геометрическими размерами, близкими к размерам готовых деталей. Процентное содержание пор в поверхности при эксплуатации снизится от 58 до 12 %, что приведет к значительному упрочнению ролика, повысит твердость поверхности после закалки до 6163 единиц HRC.

Исследования показали преимущество пременения спеченного материала ЖГр1,5Х2 для изготовления роликов вместо литой стали ШХ15.