Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по материаловедению - файл 1.doc


Лекции по материаловедению
скачать (117 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc117kb.27.11.2011 20:04скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Задание 5

Выбрать и обосновать конструкционный материал для изготовления требуемого изделия или для работы в заданных условиях. Назначить способы и режимы его упрочнения. Описать состав, структуру и свойства выбранного материала.

Сплав для изготовления деталей механизмов и оборудования, работающих в условиях низких (от -150 до -200С) температур.

Разрушение деталей в условиях севера, а также зимой в средней полосе происходит потому, что обычные стали имеют недостаточно низкий порог хладоломкости. Поэтому для изделий, работающих в отмеченных условиях, необходимо применение легированных сталей с пониженным значением порога хладоломкости. Особенно сильно пониженны температурные пороги хладоломкости в никельсодержащих сталях. Эффективными металлами для работы в условиях севера являются низколегированные малоуглеродистые стали, которые обладают хорошей свариваемостью.

Сюда относятся стали типа 12Х18Н10Т, 0Н9А, большинство сплавов на основе Al, Ti, Cu, не обнаруживающих склонности к хрупкому разрушению. Для ненагруженных конструкций с целью экономии Ni применяют Cr—Mn и Cr—Ni—Mn стали типа 10Х14Г14Н4Т (ЭИ711), 03Х13АГ19 (ЧС36), 07Х21Г7АН5 (ЭП222)..

Для упрочнения данных сплавов применяют закалку и отжиг. Если сталь кроме Cr содержит еще Ni, Mn, Mo, то ее структура из ферритной может измениться на ферритно-аустенитную или даже на чистую аустенитную. Т.е. после охлаждения на воздухе сталь сохраняет аустенитную структуру, которая не меняется ни при каких вариантах термообработки. При содержании Ni>10% сталь становится аустенитной. Аустенит позволяет получить не

только коррозионную стойкость, но так же и высокие технические свойства. Сталь хорошо поддается обработке давлением, сварке, сохраняет свойства до 600-700º С, не охрупчивается, не чувствительна к хладноломкости, но сталь склонна к межкристаллитной коррозии и ее невозможно упрочнять закалкой. Термообработка: закалка 1050 - 1100C, охлаждение вода. + отжиг.

Химический состав в % материала 12Х18Н10Т

C до 0.12%

Si до 0.8 %

Mn до 2%

Ni 9 - 11%

S до 0.02%

P до 0.035%

Cr 17 - 19%

Cu до 0.3%

(5 С - 0.8) Ti, остальное Fe.
Задание 6.

А. Обосновать марку инструментальной стали для изготовления заданного инструмента. Указать ее состав, способы упрочнения и получаемые при этом структуру и свойства.

Б. По заданным обозначениям инструментальных материалов описать их состав, структуру и свойства. Указать условия работы и примерный перечень обрабатываемых материалов.
^ А. Долбяки из стали нормальной производительности.

Стали нормальной производительности относятся к быстрорежущим сталям. Они характеризуются пониженной теплостойкостью (615–620 °С). К ним относятся: вольфрамовые стали (Р9, Р12, Р18), вольфрамомолибденовые (Р6М5, Р6М3, Р8М3 и др.), безвольфрамовые (9Х6М3Ф3АГСТ, 9Х4М3Ф2АГСТ и др.).

В обозначении марок буква Р указывает, что сталь относится к группе быстрорежущих. Цифра, следующая за ней, показывает среднее содержание вольфрама в процентах. Среднее содержание ванадия в стали в процентах обозначается цифрой, проставляемой за буквой Ф, кобальта - цифрой, следующей за буквой К.

Быстрорежущая сталь Р18, содержащая 18% вольфрама, долгое время была наиболее распространенной. Инструменты, изготовленные из этой стали, после термической обработки имеют твердость HRC 62—65, красностойкость 600ºС и достаточно высокую прочность. Сталь Р18 сравнительно хорошо шлифуется. Существенным недостатком этой стали является большая карбидная неоднородность, особенно значительная в прутках большого сечения.

При увеличении карбидной неоднородности прочность стали снижается и при работе наблюдается выкрашивание режущих кромок инструмента и снижение его стойкости.

Большое количество избыточной карбидной фазы делает сталь Р18 более мелкозернистой, менее чувствительной к перегреву при закалке, более износостойкой. Из стали Р18 могут изготовляться всевозможные инструменты, в том числе такие сложные как шеверы, долбяки, протяжки и др.

Вольфрамомолибденовые стали типа Р6М3, Р6М5 являются новыми сталями, значительно повышающими как прочность, так и стойкость инструмента. Молибден обусловливает меньшую карбидную неоднородность, чем вольфрам, вследствие чего замена 6—10% вольфрама соответствующим количеством молибдена снижает карбидную неоднородность быстрорежущих сталей примерно на 2 балла и соответственно повышает пластичность. Недостаток молибденовых сталей заключается в том, что они имеют повышенную чувствительность к обезуглероживанию.

Вольфрамомолибденовые стали рекомендуется применять в промышленности наряду с вольфрамовыми для изготовления инструмента, работающего в тяжелых условиях, когда необходима повышенная износостойкость, пониженная карбидная неоднородность и высокая прочность.

Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному (карбидному) классу и их структура примерно одинакова. Слитки этих сталей содержат карбидную эвтектику в виде сетки по границам аустенитных зерен, которая резко снижает обычные механические свойства, особенно пластичность. В процессе горячей обработки давлением (ковка, прокатка) карбидная эвтектика раздробляется, и измельченные карбиды более равномерно распределяются в основной матрице.

После прокатки или ковки быстрорежущие стали подвергают изотермическому отжигу для уменьшения твердости и облегчения механической обработки. Сталь выдерживают при 800–850 °С до полного превращения аустенита в перлитно-сорбитную структуру с избыточными карбидами.

Термическая обработка. Высокую твердость и теплостойкость при удовлетворительной прочности и вязкости инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и многократного отпуска.

Закалка. При нагреве под закалку необходимо обеспечить максимальное растворение в аустените труднорастворимых карбидов вольфрама, молибдена и ванадия. Такая структура увеличивает прокаливаемость и позволяет получить после закалки высоколегированный мартенсит с высокой теплостойкостью. Поэтому температура закалки очень высокая и составляет 1200–1300 °С.

Для предотвращения образования трещин и деформации инструмента из–за низкой теплопроводности сталей нагрев под закалку проводят с одним или двумя подогревами в расплавленных солях: первый — при 400–500 °С, второй — при 800–850 °С. Окончательный нагрев также проводят в соляной ванне (BaCl2) c очень малой выдержкой 10–12с на 1мм толщины инструмента из сталей типа «Р» и 30–60 с для сталей типа В11М7К23. Это позволяет избежать роста аустенитного зерна, окисления и обезуглероживания.

Инструменты простой формы закаливают в масле, а сложной — в растворах солей (KNO3) при 250–400 °С. После закалки структура быстрорежущей стали состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3–0,4 % С, не растворенных при нагреве избыточных карбидов, и около 20–30 % остаточного аустенита. Последний снижает твердость, режущие свойства инструмента, ухудшает шлифуемость, и его присутствие нежелательно.

Отпуск. При многократном отпуске из остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он претерпевает мартенситное превращение. Обычно применяют трехкратный отпуск при 550–570 °С в течение 45–60 мин. Число отпусков может быть сокращено при обработке холодом после закалки, в результате которой уменьшается содержание остаточного аустенита. Обработке холодом подвергают инструменты сравнительно простой формы. Твердость после закалки HRCэ 62–63, а после отпуска она увеличивается до HRCэ 63–65.

Поверхностная обработка. Для дальнейшего повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхностного слоя режущих инструментов применяют такие технологические операции, как цианирование, азотирование, сульфидирование, обработку паром и другие технологии поверхностного упрочнения. Их выполняют после окончательной термообработки, шлифования и заточки инструментов.
Б. Быстрорежущая сталь Р6М5К5.

Применение: для обработки высокопрочных нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки. Для изготовления черновых и получистовых инструментов (фрез, долбяков, метчиков, сверл и т.п.), предназначенных для обработки углеродистых и легированных конструкционных сталей на повышенных режимах резания, а также некоторых труднообрабатываемых материалов. Рекомендуется взамен стали Р18К5Ф, как более экономичная и взамен стали Р9К5, как имеющая более высокие (на 25-30%) режущие свойства.

Химический состав

Вольфрам (W) 5.70-6.70%

Ванадий (V) 1.70-2.10%

Кобальт (Co) 4.70-5.20%

Кремний (Si), не более 0.50%

Молибден (Mo) 4.80-5.30%

Марганец (Mn), не более 0.50%

Никель (Ni), не более 0.40%

Фосфор (P), не более 0.030%

Хром (Cr) 3.80-4.30%

Сера (S), не более 0.030%

Технологические свойства

Температура ковки 1160-850ºС. Шлифуемость хорошая.

Физические свойства

Модуль нормальной упругости, Е, 220ГПа

Модуль упругости при сдвиге кручением G, 83ГПа

Плотность, pn, 8200 кг/см3

Уд. электросопротивление p, 458 НОм · м

Микроструктура литой быстрорежущей стали. (Первичные дендриты окружены сеткой ледебурита. При охлаждении аустенит превращается в перлит и бейнит. Однако эта структура не выявляется в реактиве.). фазовый состав в отожженном состоянии представляет собой легированный феррит и карбиды. В феррите растворена большая часть хрома; почти весь вольфрам (молибден) и ванадий находятся в карбидах.

Фазовый состав в отожженном состоянии представляет собой легированный феррит и карбиды. В феррите растворена большая часть хрома; почти весь вольфрам (молибден) и ванадий находятся в карбидах.
Твердый сплав ТТ7К12 - это трехкарбидпые титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы. Сплавы группы ТТК состоят из зерен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом.

Сплав ТТ7К12 содержит 12% кобальта, 3% карбида тантала, 4% карбида титана и 81% карбида вольфрама. Введение в состав сплава карбидов тантала значительно повышает его прочность, но снижает красностойкость. Сплав ТТ7К12 рекомендуется для тяжелых условий при обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных легированных сталей. Инструменты, оснащенные пластинками сплава ТТ7К12, применяют при обработке стальных поковок и штамповок с ударной нагрузкой вследствие неметаллических включений. Эти инструменты могут быть производительно использованы при низких скоростях резания на многорезцовых станках, полуавтоматах и автоматах.

Пластинки из твердого сплава имеют HRA 86-92 обладают высокой износостойкостью и красностойкостью (800—1000°С), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин. Прочность(σ)на изгиб, 1700МПа.

Особомелкозериистая структура (ОМ) способствует повышению износостойкости материала без существенного снижения его прочности.

Задание 7

Расшифровать и кратко описать материалы по заданным маркам (обозначениям). 18Х2Н4МА; ШХ4; А45Е; АК6; БрОЗЦ12С5.

18Х2Н4МА сталь конструкционная легированная.

Химический состав

C 0.14 - 0.2%

Si 0.17 - 0.37%

Mn 0.25 - 0.55%

Ni 4 - 4.4%

S до 0.025%

P до 0.025%

Cr 1.35 - 1.65%

Mo 0.3 - 0.4%

Cu до 0.3%

Это сталь высококачественная, что означает буква А, стоящая в конце марки. Применение: в цементованном и улучшенном состоянии применяется для ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам. Сталь может применяться при температуре от —70 до +450 °С

ШХ4 сталь конструкционная подшипниковая.

Химический состав

C 0.95 – 1,05%

Si 0.15 - 0.3%

Mn 0.15 - 0.3%

Ni до 0,3%

S до 0.02%

P до 0.027%

Cr 0.35 - 0.5%

Cu до 0.25%

Применение: кольца железнодорожных подшипников.

А45Е сталь конструкционная повышенной обрабатываемости (автоматная). Это стали которые хорошо обрабатываются автоматическими методами. Автоматные стали применяются для неответственных деталей. Для улучшения обрабатываемости добавляют серу.

Химический состав

C 0.42 – 0,5%

Si 0.17 - 0.37%

Mn 0.5 - 0.8%

Ni до 0,25%

S 0.06 – 0.12%

P до 0.04%

Cr до 0.25%

Cu до 0.25%

Se 0.04-0.1%

АК6 Алюминиевый деформируемый сплав

Химический состав

Fe до 0.7%

Si 0.7 - 1.2%

Mn 0.4 - 0.8%

Ni до 0.1%

Ti до 0.1%

Al 93.3 - 96.7%

Cu 1.8 - 2.6%

Mg 0.4 - 0.8%

Zn до 0.3%

Применение: Штампованные и кованые детали сложной формы и средней прочности (крыльчатки большие и малые, подмоторные рамы, фитинги, качалки, крепежные детали.)

БрОЗЦ12С5 Литейные оловянные бронзы

Химический состав

Олово 2,0 - 3,5%

Цинк 8,0 - 15,0%

Свинец 3,0 - 6,0%

Примеси, всего, не более 1,3%

Применение: Арматура общего назначения
Задание 8

Кратко описать состав, свойства, особенности и область применения в технике и народном хозяйстве заданных материалов: неметаллического и композиционного.

А. Гетинакс.

Гетинакс представляет собой композиционный материал, изготовляемый методом горячего прессования бумаги, пропитанной полимерным связующим на основе крезолоформальдегидной, фенолоформальдегидной или эпоксидных смол.

Гетинакс применятся для изготовления электроизоляционных изделий: панелей, зажимов, изолирующих шайб, прокладок, крышек, в радиоэлектронике в различных конструкциях переключателей, сопротивлений и т.д.

Гетинакс легко поддается таким видам механической обработке как сверление, фрезерование, распиловке, а также штамповке в нагретом состоянии. Например, если листы толщиной до 3-х мм нагреть до 95 °С, то они не будут расслаиваться и раскалываться при штамповке. Гетинакс обладает высокими диэлектрическими свойствами, однако его прочность на сжатие, ударная вязкость и сопротивление раскалыванию ниже, чем у текстолита и стеклотекстолита. Гетинакс не стоек к сильным кислотам и особенно к щелочам, но хорошо противостоит действию жиров и минеральных масел. Электрическая дуга быстро его обугливает, и он становится токопроводящим. Электроизоляционные свойства материала сильно зависят от влажности и температуры окружающей среды. Во избежание значительного снижения электрического сопротивления гетинакса в условиях влажной атмосферы детали из него после механической обработки лакируются, за исключением влагостойкой марки ЛГ.

Гетинакс можно длительно эксплуатировать при рабочей температуре от -65°С до +120°С.
Существуют несколько разновидностей гетинакса, они различаются между собой условиями эксплуатации и составом, из которого они изготовлены.

Б. КМБ – 1м. – бороволокнит.

Бороволокниты представляют собой композиции из полимерного связующего и упрочнителя - борных волокон.

Бороволокниты отличаются высокой прочностью при сжатии, сдвиге и срезе, низкой ползучестью, высокими твердостью и модулем упругости, теплопроводностью и электропроводимостью. Ячеистая микроструктура борных волокон обеспечивает высокую прочность при сдвиге на границе раздела с матрицей.

Помимо непрерывного борного волокна применяют комплексные боростеклониты, в которых несколько параллельных борных волокон оплетаются стеклонитью, предающей формоустойчивость. Применение боростеклонитей облегчает технологический процесс изготовления материала.

В качестве матриц для получения боровлокнитов используют модифицированные эпоксидные и полиамидные связующие.

Бороволокниты КМБ-1 предназначены для длительной работы при температуре 200 °С

Бороволокниты отличаются высокой прочностью при сжатии, сдвиге и срезе, низкой ползучестью, высокими твердостью и модулем упругости, теплопроводностью и электропроводимостью. Ячеистая микроструктура борных волокон обеспечивает высокую прочность при сдвиге на границе раздела с матрицей.

Помимо непрерывного борного волокна применяют комплексные боростеклониты, в которых несколько параллельных борных волокон оплетаются стеклонитью, предающей формоустойчивость. Применение боростеклонитей облегчает технологический процесс изготовления материала.
В качестве матриц для получения боровлокнитов используют модифицированные эпоксидные и полиимидные связующие. Бороволокниты обладают высокими сопротивлениями усталости, они стойки к воздействию радиации, воды, органических растворителей и горючесмазочных материалов.

Поскольку борные волокна являются полупроводниками, то бороволокниты обладают повышенной теплопроводностью и электропроводимостью.



Скачать файл (117 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации