Контрольная работа по "Материаловедению и ТКМ"

Комбинированные плоскогубцы и  кусачки изготовляют из сталей У7 и У8. Термической обработке их подвергают в собранном виде с раскрытыми губками, калят только рабочую часть - в кусачках губки на длину 8-10 мм, а в комбинированных плоскогубцах губки на длину, включая прорези у шарнира. Охлаждают в масле или керосине при энергичном помешивании. Отпуск производят при температуре 220-300° в течение 30-40 мин. Твёрдость R_c = 52-60. Твёрдость контролируют на приборе РВ или тарированным напильником, а также путём откусывания стальной проволоки диаметром 2 мм.

Клейма изготовляют из вышеупомянутых сталей, закаливают с последующим  отпуском при температуре 220-250°. Хвостовик отпускают путём нагрева в свинцовой ванне до серого цвета побежалости. Требуемая твёрдость рабочей части R_c =54-58.

 

У8А	Химический состав в % стали У8А
Марка:  У8А (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 - 0,28
	Ni	до 0,2
	S	до 0,018
	P	до 0,025
	Cr	до 0,2
	Cu	до 0,2
	Fe	~98
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 У8А: буква У говорит о том, что перед нами инструментальная нелегированная сталь, а буква А - о том, что это высококачественная сталь, в которой присутствует углерод в количестве 0,8%.

Инструмент из стали  У8А и его термообработка: круглые пилы изготовляют из сталей 85ХФ, 65Х, У8А, ШХ6. Весь деревообделочный инструмент, изготовляемый ковкой или штамповкой, перед механической обработкой подвергается отжигу. Для нагрева пилы загружаются в печь, имеющую требуемую температуру. После прогрева закаливают в масле в вертикальном положении. Когда пила охладится примерно до 300-400°, её вынимают и зажимают между двумя закалочными плитами до окончательного охлаждения. Тонкие пилы можно закаливать между полыми, хорошо охлаждаемыми закалочными плитами.

Для отпуска пилы сжимают струбцинами  и в таком положении помещают в печь, нагретую до температуры 450-500°, и выдерживают 1,5-3 часа. Для лучшего выпрямления пилы во время отпуска производят подтяжку болтов струбцины, вынув её на короткое время из печи. Требуемая твёрдость R_c = 40-42.

Для изготовления цанговых патронов, согласно указаниям ГОСТ, также применяется  сталь У8А. Кроме этой стали на заводах применяют также стали  У7А, У10А, 65Г, 4ХС, 9ХС и в отдельных  случаях малоуглеродистую сталь с последующей цементацией.

Твёрдость рабочей (зажимной) части  цангового патрона R_с = 58-62, а пружинной части (хвостовика) R_c=40-45. В цементованных цангах твёрдость можно соответственно повысить на 2-3 единицы.

В цанговых патронах из углеродистой стали указанное сочетание твёрдости достигается закалкой рабочей части в воде с последующим охлаждением в масле всего патрона. Выдержка в воде для цанги внутреннего диаметра 5-8 мм равна 2-3 сек.

Цанговые патроны из легированной стали закаливают в масле полностью, а затем пружинную часть отпускают в соляной или свинцовой ванне до требуемой твёрдости. После этого цанговые патроны проходят общий отпуск в масляной или селитровой ванне при температуре 200-300° в зависимости от технических условий, указанных в чертеже.

Для удобства последующего шлифования и во избежание коробления отверстия  прорез в цанге делают не полностью, а оставляют перемычку толщиной не менее 2-3 мм и без острых углов. Если при закалке перемычка треснет, то следует после отпуска электросваркой заварить трещину с последующей зачисткой. После окончательного шлифования перемычки разрезаются и цанги подвергаются разводке или сжатию в соответствующих приспособлениях.

 

Ст1пс	Химический состав в % стали Ст1пс
Марка: Ст1пс Класс: Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества Использование в промышленности: детали высокой вязкости и низкой твердости, анкерные болты, связывающие обшивки, неответственная арматура, заклепки и котельные связи	C	0,06 - 0,12
	Si	0,05 - 0,15
	Mn	0,25 - 0,5
	S	до 0,05
	P	до 0,04
	Fe	~99

 

 

Ст2сп	Химический состав в % стали Ст2сп
Марка: Ст2сп Класс: Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества Использование в промышленности: неответственные детали, требующие повышенной пластичности или глубокой вытяжки; маланагруженные элементы сварных конструкций, работающие при постоянных нагрузках и при положительных температурах	C	0,09 - 0,15
	Si	0,15 - 0,3
	Mn	0,25 - 0,5
	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	~98
Твердость материала: HB 10 -1 = 116 МПа Свариваемость материала: без ограничений. Флокеночувствительность: не чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

 

 

Ст3кп	Химический состав в % стали Ст3кп
Марка: Ст3кп Класс: Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества Использование в промышленности: для малонагруженных элементов сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при температуре от -40 до 400 град, фасонные профили для вагонов	C	0,14 - 0,22
	Si	до 0,05
	Mn	0,3 - 0,6
	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	~98
Твердость материала: HB 10 -1 = 131 МПа Свариваемость материала: без ограничений. Флокеночувствительность: не чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

 

Электрошлаковая сварка стали Ст3кп: кипящие стали уступают спокойным по качеству, так как имеют резко выраженную химическую и физическую неоднородность. Однако у них есть ряд ценных свойств, определяющих широкое применение их в промышленности: более чистый поверхностный слой; хорошая обрабатываемость давлением в холодном состоянии; более низкая стоимость.

При электрошлаковой сварке кипящих  сталей могут образоваться поры, вызванные  окисью углерода, что объясняется малой их раскисленностью по сравнению со спокойными сталями.

Кипящие стали сваривают с применением  кремнийсодержащих проволок: Св-08ГС, Св-08Г2С и т. д. В качестве примера  приведем технологические условия  сварки стали Ст3кп толщиной 60 мм, обеспечивающие получение качественного сварного соединения: одна электродная проволока Св-10ГС диаметром 3 мм с колебаниями вдоль зазора; флюс АН-8; скорость подачи электродной проволоки 281 м/ч; сила сварочного тока 840-1020 А, напряжение сварки 48-50 В. Химический состав (%) металла шва приведен в табл. 9.7. Его механические свойства в состоянии после сварки: σ_в=505 МН/м², σ_т=368 Мн/м²; δ₅=28,1%, ψ=64,2%, а_н=0,93-1 ,02 МДж/м².

 

СЧ10	Химический состав в % чугуна СЧ10
Марка: СЧ10 Класс: Чугун серый Использование в промышленности: для изготовления отливок	C	3,5 - 3,7
	Si	2,2 - 2,6
	Mn	0,5 - 0,8
	S	до 0,15
	P	до 0,3
	Fe	~92
Твердость материала: HB 10 -1 = 120 - 205 МПа

 

Механические особенности  чугунов СЧ (и некоторых других): влияние графитовых включений на различные эксплуатационные свойства чугуна многообразно и не однозначно.

При нагружении чугуна графитовые включения, являясь «надрезами», снижают его  прочность и пластичность. Это  происходит, во-первых, вследствие некоторого уменьшения живого сечения металлической  основы из-за полостей, занятых графитом, имеющим небольшую прочность на разрыв, и, во-вторых, что наиболее важно, из-за высокой концентрации напряжений, возникающей в местах графитовых включений, особенно при пластинчатой форме графита. Чем длиннее пластинки графита, тем больше коэффициент концентрации напряжений. Все это приводит к резкой локализации пластических деформаций в металлической основе, исчерпанию пластичности материала в этих местах, развитию трещин и в итоге — к квазихрупкому разрушению материала при средних напряжениях и показателях пластичности, более низких, чем прочность и пластичность металлической основы чугуна.

Кроме того, из-за разного коэффициента термического расширения графита и  металлической основы при охлаждении отливок в чугуне возникают структурные напряжения II рода, которые, постепенно возрастая, достигают предела упругости материала в местах концентрации налряженнй (при пластинчатой

форме графита). Поэтому дополнительная внешняя нагрузка любой величины вызывает необратимые пластические деформации в материале, и чугун  с пластинчатым графитом в литом состоянии, по существу, не имеет предела упругости. Однако он может приобрести это свойство в результате «тренировки» различными нагрузками, приводящими к упрочнению металлической основы в местах концентрации напряжений. Этой же цели могут служить различные варианты термомеханической или термоциклической обработки, что особенно важно для высокоточных деталей прецизионных станков и других подобных машин.

Упрочнение металлической основы в местах концентрации напряжений происходит при естественном старении отливок из чугуна с пластинчатым графитом (вылеживании) даже при отсутствии напряжений I рода, из-за протекания релаксационных процессов высоких напряжений II рода. В результате возрастает сопротивляемость образованию пластических деформаций при нагружении небольшими нагрузками. Указанный процесс интенсифицируется при вылеживании отливок на воздухе, когда добавляется термоциклическое воздействие изменений погодных условий.

Модуль упругости чугуна Е из-за графитовых включений ниже, чем у его металлической основы, так как образуются дополнительные обратимые деформации полостей, занятых графитом, особенно заметные при больших нагрузках. Поэтому значение Е уменьшается с увеличением нагрузки.

Все отмеченные явления становятся менее заметными при увеличении дисперсности пластинчатого графита до 100—200 мкм и особенно при его компактных формах (вермикулярный, шаровидный графит). Поэтому ковкий и высокопрочный чугуны при одинаковой структуре металлической основы имеют более высокую прочность, модуль упругости, пластичность; у них появляется предел упругости.

Наличие графитовых включений делает чугун, особенно с пластинчатым графитом, практически не чувствительным к  надрезам, что позволяет конкурировать  ему с более прочной сталью по сопротивлению усталости и пределу выносливости. Включения графита обеспечивают высокую износостойкость чугуна в условиях трения скольжения со смазкой и т. д. 

 

КЧ60-3	Химический состав в % чугуна КЧ60-3
Марка: КЧ60-3 Класс: Чугун ковкий Использование в промышленности: для изготовления деталей машин, требующих высокой прочности и пластичности	C	2,5 - 2,8
	Si	1,1 - 1,3
	Mn	0,3 - 1
	S	до 0,2
	P	до 0,1
	Cr	до 0,08
	Fe	~95
Твердость материала: HB 10 -1 = 200 - 269 МПа

 

 

ВЧ35	Химический состав в % чугуна ВЧ35
Марка: ВЧ35 Класс: Чугун с шаровидным графитом Использование в промышленности: для изделий с высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью	C	2,7 - 3,8
	Si	0,8 - 2,9
	Mn	0,2 - 0,6
	S	до 0,02
	P	до 0,1
	Cr	до 0,05
	Fe	~94
Твердость материала: HB 10 -1 = 140 - 170 МПа

 

 

СЧ45	Химический состав в % чугуна СЧ45
Марка: СЧ45 Класс: Чугун серый Использование в промышленности: для литых деталей в качестве конструкционного материала	C	2,5 – 2,7
	…	…
Твердость материала: HB 10 -1 = 450 МПа

 

Серый чугун марки СЧ45 имеет  структуру перлита с мелкими  пластинчатыми включениями графита. Включения мелкораздробленного графита придают чугуну хорошие механические свойства: он одновременно имеет повышенную твердость и износоустойчивость, обусловленную перлитной структурой металлической основы.