Контрольная работа по "Материаловедению и ТКМ"

 

Физический  смысл точек диаграммы:

• A – температура плавления и кристаллизации чистого железа;
• B – перитектическая точка;
• C – эвтектическая точка;
• D – температура плавления и кристаллизации цементита;
• N и G - температуры полиморфных превращений чистого железа;
• H – предельная растворимость углерода в d - железе;
• E – предельная растворимость углерода в g - железе;
• S – эвтектоидная точка;
• P и Q – точки предельной растворимости углерода в a - железе;
• M – точка магнитного превращения железа (точка Кюри).

А₁, А₂, А₃, А₄ – принятые условные обозначения фазовых превращений.

 

Практическое  применение диаграммы «железо-цементит»:

• определить температуры фазовых превращений (плавления, кристаллизации, полиморфных превращений, температуры растворимости фаз;
• определить температурные интервалы термической обработки, горячей и холодной обработки металлов давлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. Диаграмма «железо-цементит»

 

Задание 3. Литейные свойства сплавов. Жидкотекучесть. Газопоглощение

 

Литье является наиболее распространенным методом формообразования.

Преимуществами литья являются изготовление заготовок с наибольшими коэффициентами использования металла и весовой точности, изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы, получение заготовок из сплавов, неподдающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием (магниты). 

 

Литейные свойства сплавов 

К основным литейным свойствам сплавов  относят: жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение, ликвацию.

Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. Жидкотекучесть зависит от многих факторов: от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т.д.

Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре, обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, затвердевающие в интервале температур (твердые растворы). Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается. С повышением температуры заливки расплавленного металла и формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму. Наличие неметаллических включений снижает жидкотекучесть. Так же влияет химический состав сплава (с увеличением содержания серы, кислорода, хрома жидкотекучесть снижается; с увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода жидкотекучесть увеличивается).

Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Растворимость газов  зависит от химического состава  сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы.

 

Задание 4. Расшифруйте марки железоуглеродистых сплавов, укажите характерные особенности состава и свойств сплавов

 

Ст3сп	Химический состав в % стали Ст3сп
Марка: Ст3сп - она же Ст3 или Ст.3 ! поскольку в случае если тип стали (сп - спокойная, пс - полуспокойная, кп - кипящая) не пишется после Ст3, то под сталью Ст3 понимается именно Ст3сп Класс: Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества Использование в промышленности:  несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах	C	0,14 - 0,22
	Si	0,15 - 0,3
	Mn	0,4 - 0,65
	Ni	до 0,3
	S	до 0,05
	P	до 0,04
	Cr	до 0,3
	N	до 0,008
	Cu	до 0,3
	As	до 0,08
	Fe	~97
Твердость материала: HB 10 -1 = 131 МПа  Свариваемость материала: без ограничений  Флокеночувствительность: не чувствительна  Склонность к отпускной хрупкости: не склонна

 

Особенности стали Сс3сп и электрошлаковая сварка: углеродистые стали - самый распространенный конструкционный материал. По объему применения стали этого класса превосходят все остальные. К углеродистым относятся стали с содержанием 0,1-0,7% С, при содержании остальных элементов не более: 0,8% Мn, 0,4% Si, 0,05% Р, 0,05% S, 0,5% Си, 0,3% Сг, 0,3% Ni. В табл. 9.1 приведен химический состав и механические свойства сталей, нашедших применение при изготовлении сварных конструкций с использованием электрошлаковой сварки.

По способу производства различают мартеновскую и конвертерную стали, по степени раскисления (в порядке возрастания) кипящую, полуспокойную и спокойную.

Спокойные углеродистые стали поступают  в промышленность в виде отливок  и поковок по ГОСТ 977-75, в виде горячекатаной стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-71, качественных конструкционных горячекатаных сортовых сталей по ГОСТ 1050-74. Главным отличительным признаком этих сталей является содержание в них углерода.

Прочностные характеристики углеродистых сталей повышаются с увеличением содержания углерода, при этом их свариваемость ухудшается, так как возрастает опасность образования горячих трещин в шве. При содержании свыше 0,5% С стали практически не свариваются электрошлаковой сваркой без специальных приемов.

Чувствительность к горячим трещинам в шве возрастает с увеличением жесткости свариваемых конструкций. Предварительный и сопутствующий подогрев могут существенно снизить опасность появления трещин даже при сварке жестких стыков (например, на участке замыкания кольцевого шва). Одним из радикальных средств по предотвращению горячих трещин служит снижение скорости подачи электродной проволоки.

Углеродистые стали в настоящее  время сваривают проволочными электродами, электродами большого сечения или плавящимися мундштуками. Наиболее широко применяют проволочные электроды и плавящиеся мундштуки.

Наиболее целесообразный путь повышения  прочности металла шва заключается  в увеличении содержания марганца, поскольку это не сопровождается снижением технологической прочности металла шва. Марганец увеличивает склонность металла к закалке и упрочняет феррит. Так, при легировании металла шва 1,5% Мn (0,12-0,14% С) достигаются те же прочностные характеристики, что и при 0,22-0,24% С (0,5-0,7% Мn). Металл шва в первом случае обладает большей стойкостью против кристаллизационных трещин и против перехода в хрупкое состояние. Положительное влияние на прочность оказывают также небольшие добавки в металл шва никеля, хрома и других легирующих элементов.

Для электрошлаковой сварки углеродистых сталей чаще всего используют флюс АН-8 и сварочные проволоки марок Св-08, Св-08А, Св-08 ГА, Св-08Г2С, Св-10Г2 (ГОСТ 2246-70). Так, при сварке сталей 15, 15Л, Ст2 равнопрочные соединения могут быть получены при использовании проволок Св-08 и Св-08А. При сварке низкоуглеродистой стали СтЗ применяют проволоку Св-08ГС.

 

30	Химический состав в % стали 30
Марка: 30 (заменители: 25, 35) Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная Использование в промышленности:  тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие детали невысокой прочности.	С	0,27 - 0,35
	Si	0,17 - 0,37
	Mn	0,5 - 0,8
	Ni	до 0,25
	S	до 0,04
	P	до 0,035
	Cr	до 0,25
	Cu	до 0,25
	As	до 0,08
	Fe	~97
Термообработка: Состояние поставки  Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750. Заготовки сечением до 800 мм охлаждаются на воздухе.  Твердость материала: HB 10 -1 = 179 МПа  Температура критических точек: Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 820 , Ar3(Arcm) = 796 , Ar1 = 680 , Mn = 380  Свариваемость материала: ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.  Флокеночувствительность: не чувствительна.  Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.   Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 143 и σв=460 МПа,  Кυ б.ст=1,7

 

08	Химический состав в % стали 08
Марка: 08 (заменитель: 10) Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная Использование в промышленности: детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности: шайбы, патрубки, прокладки и другие неответственные детали, работающие в интервале температур от —40 до 450 °С.	C	0,05 - 0,12
	Si	0,17 - 0,37
	Mn	0,35 - 0,65
	S	до 0,4
	P	до 0,035
	Cr	до 0,1
	N	до 0,25
	Cu	до 0,25
	As	до 0,08
	Fe	~98
Твердость материала: HB 10 -1 = 131 МПа  Температура ковки: °С: начала 1250, конца 800. Заготовки сечением до 300 мм охлаждаются на воздухе. σ4001/100000 = 76 МПа,  σ4001/100000= 108 МПа.  Температура критических точек: Ac1 = 735 , Ac3(Acm) = 874 , Ar3(Arcm) = 854 , Ar1 = 680  Свариваемость материала: без ограничений, кроме деталей после химико - термической обработки; способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.  Флокеночувствительность: не чувствительна.  Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.  Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 131 и σв=315 ÷ 410 МПа, К υ тв. спл=2,1 и Кυ б.ст=1,65

 

 

У8	Химический состав в % стали У8
Марка: У8 (заменители: У7А, У7, У10А, У10) Класс: Сталь инструментальная углеродистая Использование в промышленности: для инструмента, работающего в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: фрез, зенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.	C	0,76 - 0,83
	Si	0,17 - 0,33
	Mn	0,17 - 0,33
	Ni	до 0,25
	S	до 0,028
	P	до 0,03
	Cr	до 0,2
	Cu	до 0,25
	Fe	~97
Удельный вес: 7839 кг/м3  Термообработка: Закалка 780oC, масло, Отпуск 400oC.  Твердость материала: HB 10 -1 = 187 МПа  Температура критических точек: Ac1 = 720 , Ar1 = 700 , Mn = 245  Температура ковки, °С: начала 1180, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-300 мм в яме.  Обрабатываемость резанием: при HB 187-227, σв=620 МПа,  К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=1,1  Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций.  Флокеночувствительность: не чувствительна.  Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

 

Расшифровка марки стали  У8: буква У говорит о том, что перед нами инструментальная качественная нелегированная сталь, в которой присутствует углерод в среднем количестве 0,8%.

Инструмент из стали  У8 и его термообработка: молотки слесарные изготовляют из сталей У7 и У8. Закалке подвергаются боёк и хвост. Нагрев лучше всего вести в соляной или свинцовой ванне. При нагреве молотка в камерной печи сначала закаливают боёк, а потом хвост, после чего попеременно охлаждают до полного потемнения средней части. Для окончательного охлаждения молоток переносят в масло. Отпускают при 260-340° в течение 30-40 мин. Твёрдость R_c = 49 -56. Проверяют твёрдость на приборе РВ.

Для изготовления пневматического  инструмента применяют сталь  У8 или У7. Закалке подвергают рабочую  хвостовую часть. Следует избегать нагрева пневматического инструмента полностью, поэтому лучше всего производить нагрев в соляных или свинцовых ваннах. Рабочую часть закаливают в воде с переносом в масло, а хвостовую часть в масле. После этого инструмент отпускают в зависимости от требуемой твёрдости рабочей части, а именно: зубила, крейцмейсели, пробойники, чеканы и насечки отпускают при 240-270° с выдержкой 30 - 40 мин. Требуемая твёрдость R_c = 56-59.

Обжимки, поддержки, бойки и выколотки  отпускают при 270-300° в течение 30-40 мин. Требуемая твёрдость R_c = 53-56. Определяют твёрдость тарированным напильником. Нередки случаи, когда пневматический инструмент в месте перехода с меньшего диаметра на больший во время работы ломается, причём структура излома на глубину 5-8 мм по окружности весьма мелкозернистая, а глубже крупнозернистая. Основной причиной поломок является недостаточная чистота поверхности в местах переходов (риски, царапины и пр.).

Долота станочные изготовляют  из сталей У8, У9, 65Х. Место перехода от тонкой части долота к толстой, а  также стенки отверстия в полом  долоте должны быть закалены на небольшую твёрдость. При несоблюдении этого возможно отгибание долота или поломка его во время работы. Получение небольшой твёрдости переходной части достигается прерывистой закалкой в воде для сплошных долот из углеродистой стали или же полной закалкой с последующим отпуском в соляной ванне до серого цвета побежалости для всех других долот. Хвостовую часть не закаливают. Долота сплошные отпускают при температуре 260-280°, а полые при 320-360°; выдерживают 20-30 мин. Требуемая твёрдость для оплошных долот R_c = 56-58, а для полых R_c = 50-52.

Стамески и долота плотничьи  и столярные изготовляют из этих же сталей. Нагрев под закалку производят в печах-ваннах на длину 60-80 мм. При  нагреве в камерных печах инструмент замачивают на длину 60-80 мм. Хвостовую часть не закаливают. Отпускают при температуре 250-300° в течение 20-40 мин. Требуемая твёрдость R_c = 53-58.