- •Раздел 1. Строение материалов
- •Задачи по изучению атомно-кристаллических решеток
- •6. Запишите ответ.
- •Задачи на явление полиморфизма
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •3. Воспользуйтесь литературой, найдите и зарисуйте кристаллические решетки, характерные Fe (рис. 1).
- •4. Найдите в справочнике или учебнике температурные интервалы существования этих решеток и запишите их.
- •5. Запишите ответ.
- •Задачи по дефектам кристаллического строения
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •Задачи на определение массовой доли углерода
- •Задачи по диаграммам состояния двойных сплавов
- •2. Запишите условия задачи.
- •8. Запишите ответ.
- •Задачи на использование правила отрезков и правила концентраций
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •8. Запишите ответ.
- •Задачи по диаграмме состояния железо-цементит
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •7. Запишите ответ.
- •1.4.1. Качественные задачи Задачи на изучение атомно-кристаллических решеток
- •Задачи по изучению явления полиморфизма
- •Задачи по изучению дефектов кристаллического строения
- •1.4.2. Расчетные задачи Задачи по определению массовой доли углерода в стали
- •1.4.3. Графические задачи Задачи по диаграммам состояния двойных сплавов
- •Задачи на использование правила отрезков
- •Задачи по диаграммам состояния железо – углерод
- •Задачи на изучение процесса кристаллизации
- •Задачи о влиянии пластической деформации на структуру металла
- •Раздел 2. Свойства материалов и методы
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •Задачи на вычисление временного сопротивления по твердости
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •Задачи на вычисление предела выносливости по пределу прочности
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2.2. Качественные задачи Задачи по расшифровке обозначений механических свойств
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •Задачи на определение механических свойств по результатам испытания на растяжение
- •Задачи на вычисление твердости по результатам испытаний
- •Задачи на определение ударной вязкости
- •Задачи на вычисление предела прочности по твердости
- •Задачи на вычисление предела выносливости по пределу прочности
- •2.3.2. Качественные задачи Задачи по расшифровке обозначений механических свойств
- •Задачи теоретические
- •Раздел 3. Термическая обработка материалов
- •Задачи на определение критических точек по диаграмме железо – цементит
- •1.Прочитайте условия задачи.
- •2.Запишите условия задачи.
- •7. Запишите ответ.
- •Задача на определение температур нагрева для процессов термической обработки для заэвтектоидной стали
- •Прочитайте условия задачи.
- •Запишите условия задачи.
- •11. Запишите ответ.
- •Задача на определение температур нагрева для процессов термической обработки для доэвтектоидной стали
- •2. Запишите условия задачи.
- •10. Запишите полученный ответ.
- •Задачи на определение изотермического превращения аустенита
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •Задача по выбору правильных температур режимов термической обработки
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •Запишите условия задачи.
- •Задачи на назначение режима термообработки для достижения эксплуатационных свойств различных изделий
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •12. Ответьте на вопрос задачи.
- •13. Запишите полученный ответ.
- •Задачи на назначение режимов химико-термической обработки для достижения эксплуатационных свойств изделий
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •3. Определите, какая химико-термическая обработка обеспечит эксплуатационные свойства изделий.
- •4. Назначьте режим обработки.
- •5. Опишите структуру.
- •6. Запишите ответ.
- •3.2. Сложные задачи Задачи по разбору структурных превращений происходящих в сталях при разных режимах обработки
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •Задачи по назначению режима термообработки для исправления структуры
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •Задачи на определение критических точек по диаграмме железо – цементит
- •Задачи на определение температур нагрева для процессов термической обработки для заэвтектоидных сталей
- •Задачи на определение температур нагрева для процессов термической обработки для заэвтектоидных сталей
- •Задачи на определение изотермического превращения аустенита
- •Задачи по выбору правильных температур режимов термической обработки
- •Задачи на назначение режима термообработки для достижения эксплуатационных свойств различных изделий
- •Задачи на назначение режимов химико-термической обработки для достижения эксплуатационных свойств изделий
- •3.3.2. Сложные задачи Задачи по разбору структурных превращений происходящих в сталях при разных режимах обработки
- •Задачи по назначению режима термообработки для исправления структуры
- •Задачи теоретические
- •Раздел 4. Материалы, применяемые в технике
- •4.1. Качественные задачи Задачи по расшифровке марок сталей и сплавов
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •15Ха – высококачественная; 30х13 – качественная; 20Mn5 – низколегированная качественная; х10Cr13 – высоколегированная качественная.
- •Задачи на обоснование выбора материалов, применяемых в нефтехимическом производстве
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •Профиль свойств
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •9. Зарисуйте график термической обработки.
- •10. Опишите структуру после каждого процесса термической обработки.
- •11. Запишите полученный ответ.
- •Задача по выбору конструкционных сталей в зависимости от прокаливаемости
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •6. По составленной таблице профиля свойств, из справочника выберите марку материала, удовлетворяющего этим требованиям.
- •7. Обоснуйте выбор марки стали.
- •8. Выберите по справочнику вид и режим упрочняющей термической обработки.
- •9. Зарисуйте график термической обработки.
- •10. Запишите полученный ответ.
- •Задача по выбору материала с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •Найти: марку материала-?
- •Профиль свойств
- •6. По составленной таблице профиля свойств, из справочника выберите марку материала, удовлетворяющего этим требованиям.
- •7. Обоснуйте выбор марки стали.
- •8. Назначьте вид и режим упрочняющей термической обработки по справочнику.
- •Задачи по чугунам
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •Профиль свойств
- •6. Воспользуйтесь справочником и выберите марку материала, удовлетворяющего составленному Вами профилю свойств.
- •7. Обоснуйте выбор марки чугуна.
- •8. Выберите по справочнику вид и режим термической обработки.
- •9. Запишите полученный ответ.
- •Задачи по цветным сплавам
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •Профиль свойств
- •8. Выберите по справочнику вид и режим упрочняющей термической обработки
- •9. Зарисуйте график термической обработки.
- •10. Запишите полученный ответ.
- •Задачи по сталям и сплавам специализированного назначения
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •Профиль свойств
- •6. Воспользуйтесь справочником и выберите марку материала, удовлетворяющего составленному Вами профилю свойств. Сталь х18н10т
- •7. Обоснуйте выбор марки стали.
- •8. Выберите по справочнику вид и режим упрочняющей термической обработки.
- •9. Зарисуйте график термической обработки.
- •10. Запишите полученный ответ.
- •Задачи по выбору материалов, применяемых в нефтехимическом производстве
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •8. Выберите по справочнику вид и режим термической обработки.
- •9. Зарисуйте график термической обработки.
- •10. Запишите полученный ответ.
- •Задачи по применению различных материалов
- •1. Прочитайте условия задачи.
- •2. Запишите условия задачи.
- •3. Определите условия работы детали.
- •4. Определите возможные «отказы» детали.
- •5. Составьте профиль свойств, обеспечивающих безаварийную работу детали.
- •4.3.1. Качественные задачи Задачи по расшифровке марок сталей и сплавов
- •Задачи на обоснование выбора материалов, применяемых в нефтехимическом производстве
- •4.3.2. Сложные задачи
- •Задачи по выбору конструкционных сталей в зависимости от прокаливаемости
- •Задачи по выбору материалов для деталей с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной
- •Задачи по чугунам
- •Задачи по цветным сплавам
- •Задачи по сталям и сплавам специализированного назначения
- •Задачи по выбору материалов, применяемых в нефтехимии
- •Задачи по применению различных материалов
- •Приложение 1
- •Приложение 2
- •Приложение 3
- •Библиографический список
Задачи по выбору материалов для деталей с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной
1. Червяк редуктора диаметром 35 мм можно изготовить из цементуемой и нецементуемой стали. Обосновать, в каких случаях целесообразно применять цементуемую и в каких случаях нецементуемую сталь. Временное сопротивление растяжению в сердцевине детали должно быть 600 - 700 МПа. Выбрать марку цементуемой и нецементуемой углеродистой качественной стали. Указать химический состав, рекомендовать режим химико-термической обработки и сопоставить механические свойства стали обоих типов в готовом изделии.
2. Цех изготавливает зубчатые колеса диаметром 50 мм из цементуемой стали. Выбрать сталь для зубчатых колес, работающих в условиях износа и удара, но при повышенных напряжениях. Указать химический состав выбранных сталей, рекомендовать режим термической обработки, объяснить назначение каждой операции термической обработки и ее влияние на структуру и свойства стали. Рекомендовать толщину цементованного слоя для данной детали.
3. Высоконагруженные цилиндрические и конические зубчатые колеса диаметром свыше 120 мм, применяемые в станкостроении, испытывают повышенный износ поверхности зуба в сочетании с действием знакопеременных нагрузок, а также работают на изгиб и удар. Рекомендовать марку стали для изготовления подобных колес, если предел текучести материала должен быть не менее 800 МПа, при σ-1> 500 МПа.
4. Коленчатые валы диаметром 35 мм подвергаются многоцикловому нагружению и работают на растяжение и изгиб при ударных нагрузках. Шейка вала при работе испытывает трение и износ. Сталь в готовом изделии должна иметь предел текучести более 800 МПа. Рекомендовать сталь для изготовления данного вала, если предел выносливости материала должен быть не меньше 500 МПа, а твердость сердцевины изделия должна быть не меньше 45 HRC.
5. Поршневые пальцы диаметром 60 мм по условиям работы должны иметь вязкую сердцевину и твердую поверхность, хорошо сопротивляться износу. Во время работы пальцы испытывают изгибающие многоцикловые нагрузки, которые носят ударный характер. Максимальные напряжения, возникающие при работе не более 800 МПа. Рекомендовать сталь для изготовления этой детали, если предел выносливости материала после термической обработки должен быть не менее 450 МПа.
6. Вал промежуточный коробки передач работает в условиях статических знакопеременных нагрузок с максимальным напряжением более 900 МПа. Размер вала 70 мм. Вал испытывает поверхностное трение при работе, а также небольшие ударные нагрузки, что требует хорошей вязкости и пластичности в середине вала. Рекомендовать сталь для того вала, которая после термической обработки обеспечивала бы безаварийную работу вала, если σ-1 материала должен быть не менее 500 МПа.
7. Высоконагруженные цилиндрические и конические зубчатые колеса диаметром свыше 120 мм, применяемые в станкостроении, испытывают повышенный износ поверхности зуба в сочетании с действием знакопеременных нагрузок, а также работают на изгиб и удар. Рекомендовать марку стали для изготовления подобных колес, если предел текучести материала должен быть не менее 800 МПа, при σ-1> 500 МПа.
8. Зубчатые колеса передач в станкостроении изготов-ляются из различных марок сталей в зависимости от их нагру-женности. Зуб шестерни работает на изгиб, воспринимает уста-лостные нагрузки, а также испытывает удар в момент зацеп-ления и трение поверхности. Рекомендовать марку стали для изготовления подобных деталей, если от материала требуется σ0,2>700 МПа, при σ-1>500 МПа, при диаметре зуба 40 мм.
9. Ступенчатый вал работает в условиях изгиба и кручения под действием крутящего момента. Поверхность вала работает в условиях износа. Материал для изготовления вала должен иметь высокую контактную выносливость, достаточную вязкость, способность сопротивляться умеренным деформациям. Максимальный размер вала 60 мм, максимальные усталостные напряжения, возникающие при работе, не менее 600 МПа,
σ-1>1000 МПа. Вал работает при температуре ниже – 80ºС. Рекомендовать сталь для изготовления подобного вала.
10. Шпиндели станков для опор качения и скольжения работают в условиях высоких статических и динамических нагрузок, а также с износом поверхности. Рекомендовать материал для шпинделя, если предел текучести материала должен быть выше 700 МПа, при σ-1>500 МПа, необходима достаточная прокаливаемость и твердость в середине не менее 45 HRC.
11. В сложных механизмах применяют зубчатые колеса нескольких типов; их изготавливают из разных материалов и подвергают различной термической обработке. Завод изготавливает зубчатые колеса: цементованные, имеющие временное сопротивление в сердцевине 650÷700 МПа и ударную вязкость не менее 800 кДж/м2; азотированные, имеющие временное сопротивление в сердцевине 950÷1000 МПа и ударную вязкость не менее 900 кДж/ м2; из термически улучшенной стали с σв = 900÷1000 МПа и ударной вязкостью не ниже 600 кДж/ м2; из алюминиево-железистой бронзы твердостью 220÷230 НВ.
Выбрать марки сплавов, привести их химический состав, обработку и структуру, необходимые для получения указанных механических свойств. Сравнить режимы обработки и учитывая свойства, полученные в готовом изделии, определить, для каких условий эксплуатации наиболее рационально использовать металлы указанных выше свойств. При решении можно принять, что зубчатые колеса всех типов имеют одинаковые диаметр (50 мм) и высоту (80 мм).
12. Тяги, рычаги и другие подобные детали испытывают при работе напряжения растяжения, скручивания и динамические нагрузки, что требует от материала для этих деталей среднюю или повышенную прочность в сочетании с хорошей пластичностью при твердой поверхности. Размер сечения деталей не превышает 30 мм. Максимальные нагрузки, которые испытывает рычаг – 700 МПа. Рекомендовать марку стали, которая после термической обработки обеспечивала бы заданные свойства, если σ-1>500 МПа, а твердость не превышала бы 35 HRC.
13. Поршневые пальцы диаметром 30 мм и длиной
50 мм должны иметь по условиям работы вязкую сердцевину и твердую поверхность, хорошо сопротивляющуюся износу
(HRC 58÷62). Указать режим обработки, обеспечивающий получение требуемых свойств, если пальцы изготавливают массовыми партиями из сталей 20 и 45. Привести химический состав сталей 20 и 45, сравнить продолжительность выдержки изделий из стали 20 при цементации и из стали 45 при других способах обработки для получения поверхностного твердого слоя толщиной 0,8 - 1,0 мм. Указать цикл всех операций термической обработки поршневых пальцев из этих сталей и механические свойства в сердцевине изделия из сталей 20 и 45.
14. Конические зубчатые колеса диаметром 50 мм в электротележке работают в условиях динамических нагрузок и повышенного износа. По требованию конструктора сталь должна обладать высоким сопротивлением вязкому и хрупкому разрушению изделия в сердцевине.
Выберите углеродистую цементуемую сталь, укажите состав, рекомендуте режим термической обработки для получения максимальной вязкости в сердцевине изделия, если цементация выполняется в твердом карбюризаторе. Одновременно, для сравнения укажите режим термической обработки после цементации в газовой среде. Укажите механические свойства стали в сердцевине изделия и твердость на поверхности после окончательной термической обработки, и объясните целесообразно ли применение для этой цели стали обыкновенного качества.
15. Палец шарнира диаметром 30 мм работает на изгиб, и срез должен, кроме того, обладать высокой износостойкостью на поверхности и высоким сопротивлением хрупкому и вязкому разрушению в сердцевине. Выбрать углеродистую сталь, привести ее состав и марку, рекомендовать режим химико-термической и термической обработки и указать структуру, механические свойства в сердцевине и твердость на поверхности после окончательной обработки. Указать желательную толщину твердого поверхностного слоя. Объяснить, в каких случаях необходимо выбрать легированную сталь и какие механические свойства можно гарантировать в стали указанных различных типов.
16. Цех изготавливает зубчатые колеса диаметром
60 мм из цементуемой стали. Выбрать сталь для зубчатых колес, работающих в условиях износа и удара, но при повышенных напряжениях.
Указать химический состав выбранных сталей, рекомендовать режим термической обработки, объяснить назначение каждой операции термической обработки и ее влияние на структуру и свойства стали. Рекомендовать толщину цементованного слоя для данной детали.
17. Валы диаметром 25 мм, применяемые в станко-строении, работают на изгиб с кручением. При работе вала воз-никает износ поверхности, вал быстроходный. Предел теку-чести материала для изготовления вала не должен превышать 600 МПа при относительном удлинении 11%. Рекомендовать марку стали для изготовления этого вала, если σ-1 должно быть >250 МПа при HRC>35.
18. В термическом цехе обрабатывают зубчатые колеса диаметром 30 мм, изготовленные из стали 20Х. Цех отказался от выполнения цементации в твердом карбюризаторе и наметил более производительный процесс газовой нитроцементации. Сравнить условия и режим всего цикла химико-термической и термической обработки зубчатых колес в случае выполнения цементации в твердом карбюризаторе и нитроцементации. Требуемая толщина поверхностного твердого слоя 0,4-0,6 мм. Указать микроструктуру и твердость поверхности и механические свойства в сердцевине после окончательной обработки.
19. Шпиндели токарных станков работают с большой скоростью в условиях повышенного износа; поэтому твердость в поверхностном слое должна быть HRC 58÷62. Выбрать стали для шпинделей диаметром 50 и 85 мм. Привести состав и марку выбранной стали и рекомендовать режим обработки, обеспечивающий получение заданной твердости в поверхностном слое в условиях скоростной термической обработки. Указать структуру стали в поверхностных слоях и в сердцевине шпинделя, механические свойства сердцевины после окончательной термической обработки.
20. Шпиндели токарных станков работают с большой скоростью в условиях повышенного износа; поэтому твердость в поверхностном слое должна быть HRC 58÷62. Выбрать стали для шпинделей диаметром 60 и 90 мм. Привести состав и марку выбранной стали и рекомендовать режим обработки, обеспечивающий получение заданной твердости в поверхностном слое в условиях скоростной термической обработки. Указать структуру стали в поверхностных слоях и в сердцевине шпинделя, механические свойства сердцевины после окончательной термической обработки.