Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Кафедра Физики металлов и материаловедения
Курсовая работа по материаловедению
Вариант № 12
Выполнил ст. гр. 620791 Лапин Ф.Г.
Проверил Сержантова Г.В.
Тула 2011 г.
Задание № 1. Назначить режим термической обработки для детали (копир) из стали 30ХМ5, для получения заданного значения твердости или прочности . Описать микроструктуру и свойства материала до и после термической обработки.
Сталь 30ХМ5 конструкционная улучшаемая хромистая сталь, дополнительно легированная еще двумя элементами
Химический состав в % материала 30ХМ5
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Мо |
Cu |
0.26 - 0.33 |
0.17 – 0.37 |
0.4 – 0.7 |
до 0.3 |
до 0.035 |
до 0.035 |
0.8 - 1.1 |
0.15 – 0.25 |
до 0.3 |
Температура закалки……………………………880 ̊ C;
Охлаждающая среда ………………………….. масло;
Температура отпуска …………………………….540 ̊ C;
Охлаждающая среда ………………………….. вода или масло.
Механические свойства
После термообработки:
в , МПа |
т , МПа |
, % |
, % |
КСU кДж/м2 |
HВ , МПа |
930 |
735 |
11 |
45 |
780 |
229 |
в - Предел кратковременной прочности , [МПа]
т- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
- Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
- Относительное сужение, [ % ]
КСU- Ударная вязкость, [кДж / м2]
НВ - Твердость по Бринеллю, [МПа ]
Технологические свойства
Свариваемость – ограниченно свариваемая (сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке), флокеночувствительность – малочувствительна, склонность к отпускной хрупкости – не склонна.
Микроструктура до и после термической обработки.
Улучшаемые стали после отжига при температуре 880°С состоят из перлита и феррита легированного, т.е. металлографически не отличаются от структуры углеродистой стали. Эта сталь подвергается объемной закалке с 880°С в масле и последующему отпуску при 540°С. Структура стали – сорбит легированный, сохранивший ориентировку мартенсита.
Задание №3. Процесс цинкования стали
Цинкование - химический процесс нанесения на сталь слоя цинка, в результате которого образуется электролитическая пара Fe-Zn, так называемая катодная защита, препятствующая коррозии стали. Несмотря на то, что процесс цинкования является наиболее предпочтительной защитой от коррозии, широкого применения при изготовлении решеток, заборов и прочих подобных изделий он не получил в силу своей дороговизны.
Изготовление изделий из стали – основа тяжёлой промышленности. Не случайно, по способности выплавлять чугун и сталь судят об индустриальной мощи государства. Чугун же и сталь подвержены процессу коррозии, что ежегодно губит сотни миллионов тонн металла. Нанесение на поверхность изделий из стали тонких пленок коррозионностойких металлов – важнейшее средство защиты от коррозии. И на первом месте среди всех видов защитных металлопокрытий стоят цинковые покрытия.
Цинкование как техническая процедура это покрытие поверхности металлических предметов слоем цинка с целью предохранения их от разрушительного воздействия внешней среды. Основная опасность, что таит в себе окружающая среда, это окисление металлических предметов под воздействием воздуха и влаги.
Процессы атмосферной коррозии имеют электрохимическую природу и объясняются с электрохимических позиций. Но в основном механизм защиты железа цинком состоит в том, что цинк – металл более активный – прежде, чем железо, реагирует с агрессивными компонентами атмосферы, тем самым, замедляя процесс воздействия влаги на железо.
Кроме этого, слой цинка защищает железо от ржавчины не только механически, но и еще вследствие образования с железом гальванической пары. Благодаря возникновению гальванической пары железа и цинка образующаяся на поверхности цинка окись предохраняет сам цинк от процесса дальнейшего окисления.
Процессу оцинковки, в первую очередь, подвергают листовое железо, водопроводные трубы, мачты антенн, телеграфные провода, проволочные канаты, крепёжные детали машин и приборов, трубопроводы. Перед началом процедуры оцинковки, выбранные предметы подвергаются предварительной обработке серной или соляной кислотой.
Декоративной нагрузки цинковое покрытие обычно не несёт. Если преследовать декоративную цель, то некоторое улучшение товарного вида приобретается в ходе обработки уже оцинкованных изделий хромосодержащими растворами, придающими покрытиям блестящую металлическую окраску.
Среди основных методов цинкования выделяют:
- холодное цинкование (гальваническое);
- горячее цинкование;
- термодиффузионное цинкование.
Гальваническое цинкование
На сегодняшний день метод гальванического цинкования является самым распространённым способом защиты метизов от коррозии.
Область применения: крепёжные изделия, метизы, стальная сетка.
Ограничения:
- как правило, защита этим способом используется для различных марок углеродистых и легированных сталей.
- гальваническое цинкование в производстве применяется для защиты от коррозии изделий из проволоки и различного крепежа.
Процесс гальванического цинкования представляет собой химический процесс – электролиз, который включает следующие этапы обработки изделий:
- Изделие проходит обезжиривание необходимое для подготовки поверхности к эффективному действию травления. Изделия погружаются в раствор, для уничтожения масла и жиров, оставшихся после обработки;
- Промывка, осуществляемая в проточной ванне;
- Травление. Этап, который позволяет удалить с поверхности изделия окалину, ржавчину и оставшиеся продукты после обезжиривания. Проводится в растворе соляной кислоты и не растворяют основной металл;
- Промывка;
- Непосредственно само цинкование. Принцип защиты изделий на основе цинкового покрытия определяется разностью электрохимических потенциалов Zn и Fe. В ванну с щелочным электролитом погружается изделие, оно является катодом, анод- цинковая пластина. Анодное растворение цинковых электродов происходит в результате пропускания через электролит электрического тока с катодной плотностью от 1 до 5 А/дм². При прохождении тока через электролит положительно заряженные ионы цинка направляются к катоду (изделию) в результате чего происходит электроосаждение, формируя гальваническое покрытие толщиной от 4 до 20 мкм. В зависимости от условий протекания процесса, то есть от температуры и плотности тока структура и толщина покрытия могут быть различными;
- Промывка;
- Осветление. Позволяет снять окисную пленку. Проводится в растворе азотной кислоты.
- Промывка;
- Пассивация цинкового покрытия в растворе хроматирования, создание защитной пленки;
- Завершением процесса является промывка и сушка.
При такой технологии нанесения цинкового покрытия получается равномерное, блестящее покрытие.