Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3699 ргр материаловедение

.pdf
Скачиваний:
100
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
1.06 Mб
Скачать

 

 

 

Окончание таблицы 3

Изделие

Марка

Конечные свойства изделия

варианта

стали

 

 

 

 

 

 

30

Шестерня

58

Подобрать необходимые термообработки для

 

 

 

поверхностного упрочнения

 

 

 

 

31

Корпус

40

Подобрать необходимую термообработку,

 

 

 

улучшающую структуру перед закалкой

 

 

 

 

32

Деталь (крышка),

05КП

Подобрать необходимую термообработку для снятия

 

изготовлена методом

 

наклепа

 

холодной штамповки

 

 

 

 

 

 

33

Матрица для холодной

У10А

Подобрать необходимую термообработку,

 

штамповки

 

улучшающую структуру перед закалкой

 

 

 

 

34

Развертка

У12А

Подобрать необходимые термообработки

 

 

 

 

35

Развертка

У11

Подобрать необходимую термообработку для снятия

 

 

 

внутренних напряжений перед упрочнением

 

 

 

 

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Задание №1

Начертите диаграмму состояний «железо–углерод», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы и дайте им определения. Опишите структурные и фазовые превращения при медленном охлаждении сплава с содержанием углерода С = 0,4 %. Охарактеризуйте этот сплав, определите для него при температуре Т=750 °С (по правилу отрезков) состав фаз и их количество (процентное соотношение). По правилу фаз определите число степени свободы в каждой критической точке сплава и постройте кривую охлаждения сплава.

Ответ

(Диаграмма состояний «железо–цементит» вычерчивается на отдельном листе с использованием Приложения Б, рисунок Б1 ).

Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в α-железе, магнитен, имеет низкую прочность σв = 250 МПа, σ0,2 = 120 МПа, НВ 80…100, высокую пластичность (δ = 50 %, ψ = 80 %), зернистое строение.

Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе, немагнитен, НВ 160 при δ = 40…50 %). Микроструктура аустенита имеет зернистое строение. Аустенит устойчив при высоких температурах. Медленно охлаждаясь, распадается, образуя эвтектоидную смесь феррита с цементитом – перлит.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом Fe3C – магнитен, имеет высокую твердость НВ 800, очень низкую пластичность, сложную кристаллическую решетку.

Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, которая образуется при распаде медленно охлаждающегося аустенита. Состоит из пластинок или

11

зерен цементита на ферритной основе. Перлитная структура стали получается при 0,8 % углерода. Механические свойства определяются формой и дисперсностью частиц цементитной фазы: чем мельче смесь, тем выше механические свойства. Пластинчатый перлит имеет НВ 180… 220; σв = 800 МПа, δ = 10 %; зернистый перлит – НВ 160…200;

σв = 650 МПа, δ = 20 %.

Ледебурит (Л) – механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита (цементита и перлита). Ледебурит – твердая и хрупкая составляющая, НВ 600…700.

В сплаве с содержанием углерода 0,4 % в соответствии с диаграммой «железо– цементит» (рисунок Б1, Приложение Б) имеются 5 точек, характеризующих фазовые превращения при понижении температуры.

Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии, однофазный. Точка 1 при t = 1500 °С находится на линии ликвидус АВСD. В точке 1 начинается процесс кристаллизации жидкого раствора с выделением из него феррита.

На участке 1 – 2 в интервале температур 1500…1499 °С сплав двухфазный, структура: жидкий раствор + феррит. По правилу фаз находим степень свободы для случая двухкомпонентного сплава К = 2. Поскольку процессы происходят при постоянном давлении, то В = 1; С = К + 1 – Ф = 2 + 1 – 2 = 1 (моновариантное состояние); температура меняется, не изменяя числа фаз. Процесс протекает при понижении температуры, на линии охлаждения наблюдается перегиб – участок 1–2.

Точка 2 при t = 1499 °С находится на линии перитектического превращения HJB. В результате перитектической реакции образуется аустенит и жидкий раствор:

ФН ЖВ АJ ЖВ ост .

Находим степень свободы в точке 2: С = К + 1 – Ф = 2 + 1 – 3 = 0 (нонвариантное состояние), перитектическое превращение протекает при постоянной температуре (горизонтальная площадка 2–2′ на линии охлаждения).

На участке 2–3 сплав двухфазный: структура – жидкий раствор +аустенит. Точка 3 при t = 1450 °С находится на линии солидус АНJЕСF. В точке 3 заканчивается процесс кристаллизации. После затвердевания сплав приобретает однофазную структуру аустенит.

С = К + 1 – Ф = 2 + 1 – 2 = 1.

Процесс протекает при понижении температуры, на линии охлаждения перегиб – участок 2′–3.

На участке 3–4 охлаждение сплава приводит к измельчению зерен аустенита без изменения химического состава, сплав однофазный, структура аустенит.

С = К + 1 – Ф = 2 + 1 – 2 = 1.

Процесс протекает при понижении температуры, на линии охлаждения перегиб – участок (3–4).

12

Точка 4 при t = 820 °С находится на линии GS (линия растворимости углерода в аустените); при дальнейшем понижении температуры по границам зерен аустенита образуются зародыши феррита, которые растут, превращаясь в зерна.

На участке 4–5 сплав двухфазный, структура: аустенит + феррит. Количество аустенита уменьшается, а содержание в нем углерода увеличивается, так как феррит почти не содержит углерода, степень свободы

С = К + 1 – Ф = 2 + 1 – 2 = 1.

Процесс протекает при понижении температуры, на линии охлаждения перегиб – участок 4–5.

Точка 5 при t = 727 °С находится на линии эвтектоидных превращений PSK. Аустенит распадается с одновременным выделением из него феррита и цементита вторичного, образующих механическую смесь – перлит.

A Ф Fe3C .

перл ит

С = 2 + 1 – 3 = 0, система нонвариантная. Эвтектоидное превращение протекает при постоянной температуре (горизонтальная площадка 5–5′ на кривой охлаждения). Ниже точки 5 сплав имеет структуру: феррит + перлит, и эта структура сохраняется до температуры окружающей среды (комнатной температуры).

Сплав такого фазового состава называется доэвтектоидной сталью, содержит углерода 0,4 %.

Применение правила рычага сводится к определению массовой концентрации какой-либо фазы при заданной температуре в двухфазной области диаграммы состояния. Для этого нужно через эту точку провести горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими область на диаграмме. Чтобы найти массовую концентрацию фазы, нужно разделить длину отрезка коноды, противолежащего данной фазе, на общую длину коноды.

Используя правило отрезков, определим химический состав и количество фаз для сплава системы «железо–цементит» в точке а (С = 0,4 % при температуре 750 °С), находящейся в области GSP (рисунок 1).

Рисунок 1 – Нахождение массовой концентрации фазы по правилу рычага (правилу отрезков)

13

В этой области структурные составляющие феррит и аустенит. Проведем горизонтальную линию через точку а до пересечения с линиями GP (точка b) и GS (точка с). По рисунку 1 найдем концентрацию углерода в точке b′ и с′. Пусть концентация углерода в точке bС = 0,01 %, т. к. в точке Р концентрация углерода равна 0,02 %; по рисунку 1 находим концентрацию углерода в точке с′ = 0,6 % . Массовое содержание аустенита находим по формуле:

Q аустенита = (ba / bc)∙100 % = ((0,4 – 0,01) / (0,6 – 0,001) )∙100 % = 66 %;

Q феррита = (ac / bc)∙100 % = (0,6 – 0,4) / (0,6 – 0,01) )∙100 % = 34 %.

Задание №2

Для изготовления машинных метчиков предлагаются сплавы Р18Ф2; Ст3; У7. Изделия после термической обработки должны обладать конечными свойствами:

HRC 63…65.

По марке материала определим назначение и состав сплавов.

1.Р18Ф2: Р – сталь легированная, инструментальная, быстрорежущая с содержанием углерода около 1 %; 18 – содержание вольфрама 18 %, Ф2 – содержание ванадия 2 %. Используется для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания, обладает повышенной теплостойкостью.

2.Ст3 – сталь углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества. Используется для деталей, конструкций менее ответственного назначения. Часто используют в состоянии поставки листов, профилей без последующей обработки давлением, сварки или термической обработки.

3.У7 – сталь углеродистая, инструментальная, качественная с содержанием углерода 0,7 %. Обладает низкой теплостойкостью до 200 °С, низкой прокаливаемостью. Используется для изготовления инструментов, подвергающихся толчкам и ударам и требующих высокой вязкости при умеренной твердости (зубила, молотки, штампы, клейма и др.).

Метчи́к – инструмент, предназначенный для нарезания внутренней резьбы. Машинными метчиками резьбу нарезают на токарных, сверлильных станках и обрабатывающих центрах. Инструмент работает на высоких скоростях в условиях быстрого нагрева – температура достигает 600…650 °С. В данном случае материал должен обладать высокой тепловой стойкостью, обладать такими свойствами, как износостойкость, твердость и долговечность, а также активно сопротивляться пластической деформации.

Для машинных метчиков используется высоколегированная инструментальная быстрорежущая сталь (например, используют сталь марок Р18, Р9, Р6М5, Р6М5К5, Р6М5К8 и др., основные легирующие компоненты – вольфрам, молибден и кобальт).

14

Следовательно, из предложенных материалов для изготовления машинного метчика поставленным требованиям удовлетворяет только сплав Р18Ф2.

Быстрорежущие стали обладают высокой твердостью (HRC 62...64) и теплостойкостью. Эти свойства достигаются после специальной термообработки, состоящей из закалки с температуры 1250...1290 °С и последующего трехкратного отпуска при температуре 560 °С (рисунок 2, а) или обработки холодом при температуре минус 80 °C (рисунок 2, б).

а)

б)

Рисунок 2 – Режимы термической обработки инструмента из быстрорежущей стали: а – с трехкратным отпуском; б – с обработкой холодом

Для превращения остаточного аустенита в мартенсит производят обработку холодом или отпуск. После такой термообработки режущие свойства стали сохраняются до температуры 650 °С. Метчик после термической обработки должен обладать HRC 63÷65. Измерение твердости определяют на приборах – твердомерах (рисунок 4). Обозначение HRC показывает, что твердость определяется по методу Роквелла (рисунок 3), индекс С обозначает, что испытание проводится вдавливанием алмазного конуса при нагрузке 1471 Н. Величину твердости устанавливают с помощью индикатора. Для HRC и HRA шкал считывание значений твердости производится по внешней черной шкале. Для HRB шкалы считывание производится по красной внутренней шкале (рисунок 5). Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. С помощью специальных таблиц показания твердости по Роквеллу могут быть переведены в показания по Бринеллю.

15

Рисунок 3 – Метод определения твердости по Роквеллу

Рисунок 4 – Твердомер Роквелла ТН500

Рисунок 5 – Циферблат твердомера

16

Приложение А

Пример оформления титульного листа пояснительной записки расчетно-графической работы

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный университет путей сообщения

КафедраКафедра«Строительные« , дорожные, машины и технологиямашиностроения» »

Расчетно-графическая работа № 1

по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», раздел «Материаловедение»

Вариант 12

Выполнил: студент ПС-31 В.В. Петров Проверил: к.т.н., доцент Самохвалова Ж.В

Самара 2015

17

Приложение Б

18

Рисунок Б1 – Диаграмма состояния сплавов «железо–цементит» и кривая охлаждения

Приложение В

Рисунок В1 – Интервалы рекомендуемых температур нагрева при различных видах отжига и нормализации

Рисунок В2 – Интервал рекомендуемых температур нагрева стали при закалке

19

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Металловедение : учебник для вузов / А.П. Гуляев, А.А. Гуляев. – М.: Изд-во АльянС, 2011. – 643.

2.Воронин Н.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники / Н.Н. Воронин и др. – М.: Маршрут, 2004. – 456 с.

3.Берлин В.И., Захаров Б.В., Мельниченко П.А. Транспортное материаловедение : учеб. для вузов ж.-д. тр-та. – М.: Транспорт, 1982. – 287 с.

4.Материаловедение : учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева; под редакцией Б.Н. Арзамасова и Г.Г. Мухина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 648 с.

5.Материаловедение : учебник для высших технических учебных заведений. – 5-е издание / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Изд-во АльянС, 2009. – 528 с.

6.Справочник термиста ремонтной службы. – М.: Изд-во Металлургия, 1981. – 648 с.

7.Материаловедение и технология металлов : учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. ; под ред. Г.П. Фетисова.

М.: Высшая школа, 2000. – 638 с.; ил.

8.Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.

М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

9.Марочник сталей и сплавов. http:// splav-kharkov.com

10.Самохвалова Ж.В. Материаловедение : конспект лекций / Ж.В. Самохвалова. – Самара : СамГУПС, 2008. – 101 с.

11.Задания на контрольную работу с методическими указаниями по дисциплинам «Материаловедение», «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» для студентов заочной формы обучения специальностей 190109.65, 190300.65 / составители : Т.П. Лукоянчева, Ж.В. Самохвалова. – Самара: СамГУПС, 2013. – 33 с.

20

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]