Доход и прибыль. Виды и функции прибыли

Цементит – это химическое соединение железо с углеродом Fe₃C, содержание углерода в цементите 6,67%. Цементит имеет высокую твердость, не пластичен.

- в точке 2 (1147°С) – заканчивается  первичная кристаллизация с выделением  кристаллов цементита и образования  ледебурита;

- между точками 2 и 1 (1147-727°С) – продолжается процесс образования ледебурита, структура Л+Ц;

Ледебурит – это механическая смесь  аустенита и цементита при  температуре выше 727°С.

- в точке 1 (727°С) – При температуре линии PSK аустенит в ледебурите претерпевает эвтектоидное превращение в перлит;

- ниже точки 1 – образование смеси перлита и цементита первичного.

4. Вывод - структура заданного сплава при комнатной температуре - перлит и цементит первичный.

 

Рисунок 2

 

 

8  Часть 1. Укажите назначение, определите температуры нагрева, время нагрева, скорость охлаждения и охлаждающие среды для  отжига, нормализации, закалки и отпуска детали из углеродистой стали, заданной в варианте задания.

Для детали из углеродистой стали  25, диаметр детали 20 м.

 

  Решение

 

 

Параметры режимов термообработки детали

Марка стали 25. Диаметр детали 20 мм.

 

Вид термообработки	Назначение термообработки	Температура нагрева		Время нагрева в мин	Охлаждение
		По точкам диаграммы «железо-цементит»	˚С		Среда	Скорость
Отжиг полный	Снятие напряжений, равновесная структура, уменьшение твердости	Ас3+30..50˚С	760+ (30..50)	30..60	Вместе с атмосфе-рой печи	20..100 ˚С/час
Нормали-зация	Увеличение твердости и выносливости	Ас3+30..50˚С	760+ (30..50)	30..60	Спокой-ный воздух	1…3 ˚С/сек
Закалка на сорбит	Увеличение твердости и прочности	Ас3+30..50˚С	815+ (30..50)	30..60	Обдув воздухом	10…50 ˚С/сек
Закалка на троостит	Увеличение твердости и прочности	Ас3+30..50˚С	815+ (30..50)	30..60	Машин-ное масло	100 ˚С/сек
Закалка на мартенсит	Увеличение твердости и прочности	Ас3+30..50˚С	815+ (30..50)	30..60	Вода	200..300 ˚С/сек
Отпуск низкий	Уменьшение напряжений и хрупкости	Ниже Ас1	200	50	Воздух	1…3 ˚С/сек
Отпуск средний	Снятие напряжений, уменьшение твердости	Ниже Ас1	400	40	Воздух	1…3 ˚С/сек
Отпуск высокий	Снятие напряжений, уменьшение твердости, увеличение вязкости	Ниже Ас1	600	30	Воздух	1…3 ˚С/сек

 

 

Рисунок 2

 

При отжиге, нормализации и закалке  сталь следует нагревать до состояния аустенита. Температура определяется по диаграмме (рис.2) в зависимости от содержания в стали углерода и вида термообработки.   

После достижения нужной температуры  нагрева деталь должна быть выдержана при этой температуре в течение времени, достаточного для ее прогрева по всему сечению.

Для отжига, нормализации и закалки  время на нагрев в основном зависит от размеров и формы детали, от ее химического состава, от вида нагревательного устройства и определяется по справочнику.

Отжиг. Отжиг является первоначальной операцией термической обработки, цель которой – либо устранить  некоторые дефекты предыдущих операций горячей обработки (литья, ковки  и т.д.), либо подготовить структуру  к последующим технологическим  операциям (например обработке резанием, закалке).Основные цели отжига: устранение внутренних напряжений к перекристаллизация стали.

Для отжига углеродистые стали нагревают  на 30-50°С выше линии GSK (Охлаждение медленное, обычно вместе с печью) со скоростью 20- 100 град./час. В большинстве случаев доэвтектоидные стали подвергают полному отжигу – нагревают выше линии GS.

Нормализация. Нормализация также  является первоначальной операцией  термической обработки, цель которой  – полная фазовая перекристаллизация стали и устранение крупнозернистой  структуры, подученной при литье или прокатке, ковке или штамповке, получение более высокой прочности стали.

Для нормализации сталь нагревают  на 30-50°С выше линии СSЕ (точка Ас₃ для доэвтектоидных сталей).

Закалка. Закалка способствует повышению  прочности к твердости, понижению пластичности стали. Для закалки сталь нагревают до состояния аустенита на 50-50°С выше линии GSK (точки Ас₃- для доэктэктоидной стали). Охлаждают быстро. Ориентировочно, при условии, что детали имеет обычные размеры и форму, охлаждающая среда имеет нормальную температуру цеха (18-20°С), можно принять, что скорость охлаждения между металлическими плитами или обдувкой воздухом составляет 10-50°С в сек, в масле 100°С и в воде 200°С в сек.

В зависимости от скорости охлаждения аустенит превращается в следующие  основные структуры: перлит, сорбит, тростит  и мартенсит. Скоростью и временем распада аустенита управляют  два фактора. Первый - величина переохлаждения ниже Ас₁ от которого зависит движущая энергия превращения. Второй – температура стали, от которой зависит скорость диффузии (подвижность) атомов, поэтому на распад аустенита необходимо время. Слева от кривых распада лежит область переохлажденного (нераспавшегося), несмотря на большое переохлаждение аустенита.

Если кривая охлаждения (V₁…Vn)  пересечет кривую распада, то произойдет один из видов перлитного распада. Если кривая охлаждения пройдет левее кривых распада, то переохлажденный аустенит просуществует до 240°С и превратится в мартенсит по бездиффузионному механизму, т.к. температура уже слишком низкая, чтобы произошла перегруппировка атомов.

В эвтектоидной углеродистой стали при ее медленном охлаждении аустенит на линии перлитного превращается при 727 ⁰С или при V_{1 и} V₂ при переохлаждении до 650°С превращается в перлит.

При скорости охлаждения V₃ около 10-50°С в сек. аустенит превращается в сорбит закалки, представляющий собой, так же как перлит, механическую смесь пластинчатых кристаллов цементита вторичного, равномерно распределенных в феррите, только в результате переохлаждения более тонких.

Превращение аустенита в сорбит происходит при переохлаждении до 600-650°С. Охлаждение для закалки на сорбит обычно производят между металлическими плитами или обдувкой воздухом. Сорбитом называется структура дисперсной пластинчатой смеси цементита и феррита. Сорбит обладает высокой выносливостью, он хорошо сопротивляется ударным и переменным нагрузкам, его твердость HRC 30. Структуру сорбита должны иметь коленчатые валы, шатуны и другие детали, работающие при ударных и знакопеременных нагрузках. При скорости охлаждения около 100°С в сек. аустенит  Превращение аустенита в тростит происходит при переохлаждении до 500-600°С. Охлаждение для закалки на тростит обычно производят в машинном масле,

Троститом называется тонкодисперсная пластинчатая смесь цементита и феррита. Тростит обладает высокой упругостью, его твердость HRC 40. Структуру тростита должны иметь рессоры, пружины и другие детали от которых требуется высокая упругость.

  При скорости охлаждения более 200°С в сек аустенит превращается в мартенсит. В этом случае успевает произойти только перестройка решетки γ - железа в несколько искаженную решетку α- железа без выделения углерода, которого в аустените содержится значительно больше, чем может раствориться при нормальных условиях в α - железе (феррите). Однако в мартенсите остается некоторое количество аустенита, не успевшего превратиться в мартенсит, так называемого остаточного аустенита. Остаточный аустенит в эвтектоидной стали превращается в мартенсит при его дальнейшем охлаждении до 50°С ниже нуля. Таким образом, превращение аустенита в мартенсит начинается при переохлаждении до 240 С, а замалчивается при минус 50 °С. Охлаждение для закалки на мартенсит производят в воде.

Мартенситом называется пересыщенный твердый растер углерода α - железе. Мартенсит имеет игольчатую структуру, его тонкие вытянутые кристаллы похожи на иглы. Мартенсит очень тверд и хрупок, его твердость HRC =60-65.Твердость мартенсита зависит от степени пересыщенности углеродом, поэтому, чем большее стали углерода, тем выше ее твердость после закалки. Стали, содержащие углерода меньше 0,3 % закалку практически не принимают (не закаливаются).

Структуру мартенсита должны иметь  металлорежущие инструменты, от которых  требуется высокая твердость. Однако мартенсит обладает также и высокой  хрупкостью, что недопустимо для  инструмента, по этому детали, закаленные на мартенсит, для уменьшения их хрупкости  без заметного снижения твердости  подвергаются отпуску. Превращения  в стали при закалке изучите  по учебнику

Отпуск. Отпуск производят для снижения или полного устранения внутренних напряжений, уменьшения хрупкости закаленной стали и получения требуемой  структуры и механических свойств. Отпуск – заключительная операция термической обработки, придающая  стальному изделию окончательные  свойства. Для отпуска нагрев закаленной стали осуществляют до температуры  не выше Ас₁

При нагреве до 100-150°С происходит искусственное старение мартенсита, при этом остаточный аустенит превращается в мартенсит, что стабилизирует размеры деталей.

При нагреве до 150-250°С (низкий отпуск) мартенсит превращается в отпущенный мартенсит, значительно уменьшает свою хрупкость при незначительном уменьшении твердости, при этом из мартенсита /пересыщенного раствора/ начинает выделяться излишке растворенный в нем углерод в виде цементита. Однако цементит не успевает образовать обособленные кристаллы, оставаясь коггерентно (через общий пограничный слой атомов) связанным с мартенситом.

При нагреве  до 350-450 С  (средний отпуск) мартенсит превращается в троостит отпуска. При этом кристаллы цементита становятся уже обособленными, хотя и очень мелкими. Сталь приобретает упругость.

При 450-650°С (высокий отпуск или улучшение) образуется сорбит отпуска, у которого кристаллы цементита становятся еще больше. Сталь приобретает выносливость к переменным нагрузкам.

Дальнейший нагрев ведет за собой  последовательные превращения в перлит и аустенит согласно диаграмме состояния сплавов. Отпуск на отпущенный мартенсит называется также низким отпуском, отпуск на троостит– средним, а на сорбит – высоким отпуском или улучшением.

Таким образом, структура сорбита  и троостита можно получить двояким  путем – либо охлаждением из аустенита, либо нагреванием из мартенсита, однако структура отпуска обладают лучшими механическими свойствами.

Охлаждение при отпуске углеродистой стали обычно производится на воздухе.

 

 8  Часть 2. Выбрать и обосновать способ термической обработки детали согласно своего варианта. Назначить температуру нагрева, время выдержки и способ охлаждения для каждой термической операции, начертить график термической обработки. Указать твердость материала после термообработки и структуру металла.

Фреза для обработки жаропрочных  сталей  Р12Ф4К5

Заготовка для фрезы подвергается предварительной термической обработке – отжигу с непрерывным охлаждением для получения мягкой однородной структуры. Температура отжига 860 – 880° С, время выдержки 2-3 часа,  скорость охлаждения ≤25°С/ч охлаждение на воздухе.

 

 

После окончательной механической обработки, кроме шлифования, фреза подвергается закалке и низкому отпуску. Поскольку сталь Р12Ф4К5 является быстрорежущей, закалка производится при температуре нагрева 1240 –1250° С,  время выдержки назначается в зависимости от сечения, обычно 1–2 ч. Средой охлаждения является расплав 70% KNO₂  и 30% NaОН, так как быстрорежущая сталь имеет большую критическую скорость закалки. Так как фреза должна иметь высокую твердость, то она подвергается высокому отпуску три раза при температуре 560° С, выдержка 1 часа. После термической обработки развертка имеет структуру мартенсита. Твердость НRС  64.

 

 

9  Назовите материал, расшифруйте марку и укажите назначение материалов, указанных в таблице

 

11

Ст3кп

СЧ15

15К

60С2

30ХГСА

14Х17Н2

У8

ВК8

МА8

АЛ8

Л80

БрОФ4-0.25

Вт1-0

ПСр72

Сульфофрезол

 

Решение

 

Ст3кп –  Сталь углеродистая, обыкновенного  качества, 3-условный номер марки, кп - кипящая.

Применение:  Для второстепенных и малонагруженных элементов  сварных и несварных конструкций, работающих в интервале температур от -10 до 400°С.

 

СЧ15 – серый чугун с пределом прочности σ_В=150 МПа.

Применение:

 

15К – Сталь легированная конструкционная качественная со средней массовой долей углерода 0,15% , 1% кобальта.

Применение: Фланцы, днища, цельнокованые  и сварные барабаны паровых котлов, корпуса аппаратов и другие детали котлостроения и сосудов, работа под давлением при температуре  до 450°С.

 

60С2 – рессорно-пружинная качественная конструкционная сталь со средней массовой долей углерода 0,60%, 2% кремния.

Применение: тяжелонагруженные пружины, торсионные валы, пружинные кольца, цанги, фрикционные диски, шайбы гровера и др.