bogodukhov_s_i_sinyukhin_a_v_kozik_e_s_kurs_materialovedeniy

№336. D) Для изготовления магнитопроводов электрического тока используют магнитно мягкие материалы.

№337. D) Неверно. Техническое железо применяют для изготов ления магнитопроводов постоянного тока.

№338. D) Правильно.

№339. D) Для передачи электрической энергии служат проводни ковые материалы высокой проводимости.

№340. D) Неверно. Инструментальную сталь можно использовать для изготовления постоянного магнита.

№341. D) Увеличение коэрцетивной силы магнитно мягкого ма териала, каковым является электротехническая кремнистая сталь, бессмысленно.

№342. D) Неверно. Пермаллои относятся к сплавам с малой ко эрцитивной силой.

№343. D) Магнитодиэлектрики — это магнитно мягкие материа лы, поэтому они не могут содержать высококоэрцетивную составляю щую.

№344. D) Правильно.

1.2.10. Инструментальные материалы

Быстрорежущие стали представляют собой высоколегированные инструментальные сплавы ледебуритного класса. Для повышения структурной однородности литую сталь подвергают горячей обработ ке давлением, дробящей сетку эвтектики. В структуре прокованной и отожженной стали просматриваются крупные первичные карби ды — осколки ледебуритной эвтектики, мелкие вторичные карбиды, выделившиеся в литой стали из аустенита при охлаждении сплава в интервале температур между эвтектическим и эвтектоидным превра щениями, и очень мелкие эвтектоидные карбиды, входящие в сор битный фон.

Высокая теплостойкость (красностойкость) быстрорежущих ста лей достигается термической обработкой с получением высоколеги рованного мартенсита, способного сопротивляться отпуску вплоть до 600…650 °С и, следовательно, сохранять до этих температур высокую твердость, прочность, износостойкость. Степень легированности мартенсита определяется составом исходного аустенита. Чем выше температура нагрева, тем больше легирующих элементов (W, Mo, V), входящих в состав вторичных карбидов, растворяется в аустени те. Поэтому быстрорежущие стали нагревают при закалке до 1200…1300 °С. Первичные карбиды в аустените не растворяются, но сдерживают рост аустенитных зерен, блокируя их границы. Быстро режущие стали обладают весьма низкой теплопроводностью, поэтому

162 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

их нагрев до температуры закалки ведут ступенчато с одной двумя температурными остановками, что позволяет предупредить появле ние трещин. Высокая легированность аустенита предопределяет до вольно низкие температуры начала и конца мартенситного превраще ния, обусловливающие, в свою очередь, сохранение при закалке зна чительных количеств (более 30 %) остаточного аустенита, понижаю щего режущие свойства стали. Уменьшение содержания остаточного аустенита достигается двух трехкратным высоким отпуском.

При отпуске из остаточного аустенита выделяются карбиды леги рующих элементов, что влечет за собой повышение температуры мар тенситного превращения, и при охлаждении аустенит превращается в мартенсит. Для уменьшения количества остаточного аустенита ино гда закаленную сталь охлаждают в область отрицательных температур (–80 °С), что также способствует увеличению количества мартенсита.

Быстрорежущие стали маркируют буквой Р, после которой следует число, указывающее на содержание вольфрама в процентах. В осталь ном маркировка такая же, как у легированных инструментальных ста лей. Например, Р18 (18 % W), Р6М5 (6 % W, 5 % Mo), Р18К5Ф2 (18 % W, 5 % Co, 2 % V).

Твердые сплавы — это инструментальные материалы, состоящие из частиц карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC), объединен ных металлическим связующим компонентом (кобальтом), изготав ливаемые методом порошковой металлургии. Твердые сплавы обла дают высокой твердостью (до 90…92 HRA), износостойкостью, крас ностойкостью (900…1100 °С).

Существуют сплавы следующих групп: вольфрамовые, титано вольфрамовые и титанотанталовольфрамовые.

Вольфрамовые сплавы, например ВК2, ВК8, ВК15, ВК25, состоят из карбидов вольфрама и металлического кобальта (число, стоящее в марке сплава после буквы К, указывает на процентное содержание кобальта). Чем больше в сплаве карбида вольфрама, тем сплав твер же, но тем более он хрупок. Вязкость сплава, дающая возможность воспринимать ударные нагрузки, обеспечивается кобальтом. Сплав ВК2, содержащий всего 2 % кобальта, обладает весьма низкой вязко стью. Им можно вести лишь чистовую обработку, не сопровождаю щуюся динамическими нагрузками. Твердость же и износостойкость сплава настолько высоки, что позволяют обрабатывать закаленные стали. Сплав ВК8 более вязок, но менее тверд, менее износостоек и красностоек. Этим сплавом можно обрабатывать отливки по литей ной корке. Сплав ВК15 может быть использован для армирования бу рового инструмента, работающего по крепким породам со значитель ными ударными нагрузками. Сплав ВК25 настолько вязок, что из

него можно изготавливать детали штампов, воспринимающих удары, возникающие при работе молота.

Титановольфрамовые сплавы, например Т5К10, Т15К6, Т30К4, из готавливают из карбидов титана, карбидов вольфрама и металличе ского кобальта. В марке сплава число, стоящее после буквы Т, указы вает на содержание в шихте сплава карбида титана в процентах; чис ло, после К, — содержание кобальта. Содержание карбида вольфрама определяют по разности. Так, в шихте твердого сплава Т5К10 содер жится 5 % ТiC, 10 % Co и 85 % WC. Карбид титана обладает еще более высокой твердостью, чем карбид вольфрама. Чем больше в сплаве TiC (точнее, твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана), тем большей твердостью и износостойкостью обладает сплав. Наиболее тверд сплав Т30К4. Сплавы с большим содержанием кобальта (Т15К6, Т5К10) менее тверды, но обладают большей эксплуатацион ной прочностью. Применяют титановольфрамовые сплавы главным образом для обработки сталей.

Титанотанталовольфрамовые сплавы изготавливают из карбидов ти тана, карбидов тантала, карбидов вольфрама и металлического кобальта. Например, шихта сплава ТТ7К12 содержит 7 % карбидов титана и тан тала, 81 % карбида вольфрама и 12 % кобальта. Применяют титанотан таловольфрамовые сплавы для черновой (например, сплав ТТ7К12) и чистовой (например, сплав ТТ8К6) обработки труднообрабатываемых материалов (жаропрочных сталей, титановых сплавов и др.).

№345. Быстрорежущие стали легируют основным химическим элементом:

A)Cr. B) W. C) Cu. D) Zn.

№346. К какому классу по равновесной структуре относятся бы строрежущие стали?

A)К заэвтектоидным сталям. B) К эвтектоидным сталям. C) К до эвтектоидным сталям. D) К ледебуритным сталям.

№347. Что такое красностойкость быстрорежущих сталей?

A)Устойчивость против высокотемпературной коррозии. B) Спо собность сталей к пластической деформации при высоких температу рах. C) Способность сталей противостоять отпуску. D) Способность противостоять циклическим нагреву — охлаждению.

№348. Обладает ли быстрорежущая сталь высокой красностойко стью в литом состоянии?

A)Нет. Сталь должна быть предварительно прокована для разру шения ледебуритной эвтектики. B) Да. Красностойкость обеспечива ется химическим составом сплава. C) Это зависит от марки сплава.

164 КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

D) Нет. Высокая красностойкость обеспечивается высоколегирован ным мартенситом, которого в литой стали нет.

№ 349. Какова роль первичных карбидов в быстрорежущих сталях? A) Первичные карбиды сдерживают рост аустенитного зерна при температурах закалки сталей. B) Первичными карбидами обеспечива ется высокая красностойкость быстрорежущих сталей. C) Первичные карбиды наряду со вторичными повышают легированность аустенита. D) Присутствие первичных карбидов вызвано технологическими осо

бенностями изготовления быстрорежущих сталей.

№350. До каких ориентировочно температур следует нагревать быстрорежущие стали при закалке?

A)750…800 °С. B) 1200…1300 °С. C) 1400…1500 °С. D) 800…900 °С.

№351. Почему при закалке быстрорежущих сталей применяют ступенчатый нагрев?

A)При ступенчатом нагреве обеспечивается лучшая раствори мость карбидов. B) Ступенчатый нагрев позволяет предотвратить по явление в нагреваемом изделии трещин (сталь обладает низкой теп лопроводностью). C) При ступенчатом нагреве легирующие элементы распределяются по сечению изделия более равномерно. D) Ступенча тый нагрев позволяет предотвратить рост аустенитного зерна.

№352. Почему быстрорежущие стали при закалке нагревают до температур значительно более высоких, чем, например, углеродистые стали?

A)В быстрорежущих сталях перлитно аустенитное превращение протекает при более высоких температурах. B) При высоком нагреве более полно растворяются вторичные карбиды и образуется высоко легированный аустенит. C) При высоком нагреве полностью раство ряются первичные и вторичные карбиды. D) При высоком нагреве происходит укрупнение аустенитного зерна.

№353. Почему быстрорежущие стали при закалке иногда охлаж дают в область отрицательных температур?

A)Такая термообработка обеспечивает превращение остаточного аустенита в мартенсит. B) Охлаждение в область отрицательных тем ператур приводит к более равномерному распределению карбидов.

C)При такой термообработке повышается легированность мартен сита. D) Охлаждение в область отрицательных температур измельча ет карбиды.

№354. Какой из протекающих при отпуске процессов приводит к повышению твердости закаленной быстрорежущей стали?

A) Снятие напряжений кристаллической решетки. B) Выделение из аустенита первичных карбидов. C) Коагуляция карбидов. D) Выде ление тонкодисперсных карбидов и превращение остаточного аусте нита в мартенсит.

№355. Сколько процентов вольфрама и ванадия (W и V) содержит сталь Р18К5Ф2?

A)В этой стали вольфрама нет, V — 5 %. B) W — 2 %, V — 18 %. C) W — 18 %, V — 2 %. D) W — 18 %, V — 5 %.

№356. Какой из перечисленных в ответах технологических мето дов применяют для получения твердых сплавов?

A)Обработку сверхвысоким давлением в сочетании с высо ким нагревом. B) Порошковую металлургию. C) Литье с после дующей термической обработкой. D) Термомеханическую обра ботку.

№357. Какова роль кобальта в твердом сплаве?

A)Связующий компонент. Увеличивает вязкость сплава. B) Уве личивает износостойкость сплава. C) Увеличивает твердость сплава.

D)Увеличивает красностойкость сплава.

№358. Какова роль карбида вольфрама (WC), входящего в состав твердых сплавов?

A)WC играет роль связующего материала. B) WC обеспечивает вязкость сплава. C) WC обеспечивает твердость сплава. D) WC обес печивает прочность сплава.

№359. Как называется сплав Т15К6? Каков его химический состав?

A)Сталь. Содержит более 1 % углерода, 15 % титана, 6 % кобальта.

B)Медный сплав. Содержит 15 % тантала, 6 % кремния, остальное — медь. C) Алюминиевый сплав. Состав устанавливается по ГОСТу. D) Твердый сплав. Содержит 15 % карбида титана, 6 % кобальта, 79 % карбида вольфрама.

№360. Сколько процентов железа содержится в сплаве Т5К10?

A)85. B) 10. C) 5. D) 0.

№361. Сколько процентов карбида вольфрама содержится в ших те твердого сплава Т30К4?

A)4. B) 30. C) 0. D) 66.

№362. Сколько процентов карбида вольфрама содержится в ших те твердого сплава ТТ7К12?

A)81. B) 7. C) 12. D) 0.

166КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№363. Какой из приведенных в ответах инструментальных мате риалов обладает наибольшей красностойкостью?

A)У8А. B) Р6М5. C) Т30К4. D) Алмаз.

№364. Входящие в состав твердых сплавов карбиды тугоплавких металлов хрупки. Почему же не разрушаются инструменты, работаю щие с большими ударными нагрузками, например, штампы?

A)Вязкость твердых сплавов обеспечивается связующим компо нентом. B) Уменьшение ударных нагрузок достигается конструк тивными решениями (амортизаторы, демпферы и др.). C) Для та ких инструментов твердые сплавы не применяют. D) Увеличение ударной вязкости достигается специальной смягчающей термооб работкой.

№365. Какой из перечисленных в ответах твердых сплавов следу ет предпочесть для изготовления штампового инструмента?

A)Т5К10. B) ВК8. C) Т15К6. D) ВК25.

№366. Какой из приведенных в ответах инструментальных мате риалов следует применить для чистовой обработки стального зака ленного изделия?

A)ВК15. B) Р6М5. C) У8А. D) Т30К4.

№367. Какой из приведенных в ответах твердых сплавов предпоч тителен для черновой обработки отливки из серого чугуна?

A)ВК3. B) Т30К4. C) ВК25. D) ВК8.

Ответы к разделу

Позиция A

№345. A) Неверно.

№346. A) Неверно.

№347. A) Неверно. Устойчивость против высокотемпературной коррозии называется жаростойкостью.

№348. A) Разрушение ледебуритной эвтектики необходимо для получения высоких механических свойств стали, но этого не доста точно для получения высокой красностойкости.

№349. A) Правильно.

№350. A) Неверно. Для быстрорежущих сталей такие температу ры лежат ниже температуры эвтектоидного превращения.

№351. A) Диффузионные процессы, протекающие при высоких температурах, способствуют лучшему растворению и более равномер ному распределению легирующих, однако причина ступенчатого на грева иная.

№352. A) Температура перлитно аустенитного превращения у быстрорежущих сталей выше, чем у углеродистых примерно на 100 °С, а закалку ведут от температур, выше на 300…500 °С.

№353. A) Правильно.

№354. A) Неверно. Снятие напряжений в кристаллической ре шетке может привести лишь к снижению твердости.

№355. A) Неверно. Р18К5Ф2 — быстрорежущая вольфрамосодер жащая сталь. Количество W в таких сплавах указывается после буквы Р, количество V — после буквы Ф.

№356. A) При получении твердых сплавов, действительно, ис пользуют нагрев до довольно высоких температур, но применяемые давления к сверхвысоким не относятся.

№357. A) Правильно.

№№ 358, 359. A) Неверно.

№360. A) Неверно. В шихте сплава Т5К10 содержится 85 % кар бидов вольфрама.

№361. A) Неверно. В шихте сплава Т30К4 содержится 4 % кобальта.

№362. A) Правильно.

№363. A) Неверно. Красностойкость инструментальных углеро дистых сталей равна примерно 200 °С.

№364. A) Правильно.

№365. A) Сплав Т5К10 применяют для чернового точения, фрезе рования и строгания сталей.

№366. A) Сплав ВК15 обладает высокой вязкостью, но твер дость и износостойкость его для обработки закаленных сталей не достаточна

№367. A) Сплав ВК3 имеет низкую прочность и для черновых ви дов обработки, сопряженных с ударными нагрузками, не пригоден.

Позиция B

№345. В) Правильно.

№346. B) Неверно.

№347. B) Пониженная способность некоторых сталей к пласти ческой деформации при высоких температурах называется красно ломкостью. Но понятия красноломкость и красностойкость — не антиподы.

№348. B) Химический состав, присущий быстрорежущим сталям, необходимое, но недостаточное условие для получения высокой крас ностойкости.

№349. B) Неверно. Высокая красностойкость обеспечивается вы соколегированным мартенситом. Первичные карбиды участия в леги ровании мартенсита не принимают.

168КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№№350–352. B) Правильно.

№353. B) Неверно. Охлаждение в области отрицательных темпе ратур снижает диффузионную подвижность атомов и привести к бо лее равномерному распределению карбидов не может.

№354. B) Неверно. Первичные карбиды не могут ни раствориться

ваустените, ни выделиться из него.

№355. B) Неверно. Р18К5Ф2 — быстрорежущая вольфрамосодер жащая сталь. Количество W в таких сплавах указывается после буквы Р, количество V — после буквы Ф.

№356. B) Правильно.

№357. B) Неверно. Увеличение количества кобальта в сплаве приводит к снижению износостойкости.

№358. B) Неверно. Чем больше в сплаве карбида вольфрама (сплавы ВК), тем более он хрупок и менее прочен.

№359. B) Неверно.

№360. B) Неверно. Число 10 в марке сплава Т5К10 обозначает ко личество кобальта.

№361. B) Неверно. В шихте сплава Т30К4 содержится 30 % кар бида титана.

№362. B) Неверно. В шихте твердого сплава ТТ7К12 содержится

7 % карбидов титана и тантала (в сумме).

№363. B) Неверно. Красностойкость быстрорежущих сталей рав на примерно 600 °С.

№364. B) Подобные решения навряд ли целесообразны, посколь ку они приведут к снижению ударного воздействия на деформируе мый материал.

№365. B) Сплав ВК8 применяют для черновых видов обработки чугуна, жаропрочных сплавов и цветных металлов, а также для воло чения и калибровки труб, прутков, проволоки.

№366. B) Быстрорежущие стали не обладают твердостью и крас ностойкостью, достаточной для обработки закаленных сталей.

№367. B) Сплав Т30К4 обладает высокой твердостью, но он не достаточно вязок для восприятия ударных нагрузок, сопровождаю щих черновые виды обработки.

Позиция C

№345. Неверно.

№346. Неверно.

№347. Правильно.

№348. Неверно.

№349. C) Неверно. Первичные карбиды в аустените не растворя ются, и, следовательно, повысить его легированность не могут.

№350. C) Неверно. При таких температурах быстрорежущие ста ли плавятся.

№351. C) Диффузионные процессы, протекающие при высоких температурах, способствуют лучшему растворению и более равномер ному распределению легирующих, однако причина ступенчатого на грева иная.

№352. C) Вторичные карбиды полностью в аустените не раство ряются. Первичные карбиды не растворяются в аустените вообще.

№353. C) Неверно. Легированность мартенсита зависит от соста ва аустенита, легированность же последнего возрастает с повышени ем температуры закалки.

№354. C) Неверно. Коагуляция карбидов, если бы она происхо дила, привела бы к снижению твердости.

№355. C) Правильно.

№356. C) Неверно.

№357. C) Неверно. При увеличении количества кобальта в сплаве твердость последнего снижается.

№358. C) Правильно.

№359. C) Неверно.

№360. C) Неверно. Цифра 5 в марке сплава Т5К10 обозначает ко личество карбидов титана.

№361. C) Неверно.

№362. C) Неверно. В шихте твердого сплава ТТ7К12 содержится

12 % кобальта.

№363. C) Правильно.

№364. C) Неверно. Для штампов применяют, например, сплав

ВК25.

№365. C) Сплав Т15К6 применяют для чернового точения, фрезе рования и строгания сталей.

№366. C) Сталь У8 (У8А) применяют для изготовления деревооб рабатывающего инструмента, зубил, отверток, кернеров и т.п.

№367. C) Сплав ВК25 применяют для изготовления инструмента, воспринимающего высокие ударные нагрузки, например, для изго товления штампов.

Позиция D

№345. D) Неверно.

№346. D) Правильно.

№347. D) Неверно. Способность противостоять циклическим на греву — охлаждению называется разгаростойкостью.

№348. D) Правильно.

№349. D) Неверно.

170КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

№350. D) Неверно. Такие температуры не обеспечат достаточной легированности аустенита карбидообразующими элементами.

№351. D) Неверно. Росту аустенитного зерна препятствуют кар бидные частицы. Если бы не их влияние, то выдержка при температу рах аустенизации вызвала бы рост зерна.

№352. D) При термообработке быстрорежущих сталей аустенит ное зерно укрупняется незначительно. При укрупнении зерна меха нические свойства сталей ухудшаются.

№353. D) Неверно. Тонкодисперсные карбиды выделяются из мартенсита и остаточного аустенита при отпуске, т.е. при на греве.

№354. D) Правильно.

№355. D) Неверно. Ванадий в марках сталей обозначают буквой Ф, а не К.

№356. D) Неверно.

№357. D) Неверно. Увеличение количества кобальта в сплаве приводит к снижению красностойкости.

№358. D) Неверно. Чем больше в сплаве карбида вольфрама (сплавы ВК), тем более он хрупок и менее прочен.

№№ 359–361. D) Правильно.

№362. D) Неверно.

№363. D) Неверно. Алмаз при нагреве выше 800 °С графитизиру

ется.

№364. D) Неверно. Твердые сплавы не подвергают смягчающим видам термической обработки.

№№ 365–367. D) Правильно.

1.2.11. Неметаллические и композиционные материалы

Пластмассами называют искусственные материалы на основе при родных или синтетических полимеров, способные принимать задан ную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения.

Основным компонентом пластмасс, обеспечивающим работу всей композиции как единого целого, являются полимерные материалы, или смолы, представляющие собой высокомолекулярные соедине ния, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа (нескольких тысяч) мономерных звеньев.

Полимеры получают в результате синтеза из низкомолекулярных соединений методами полимеризации или поликонденсации.

Наиболее многочисленную группу соединений составляют орга нические полимеры, например, полиолефины, фторопласты, поли