Обработка стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание 1. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска) для детали или инструмента из указанной стали, для получения заданного значения твердости или прочности (у в). Опишите микроструктуру и свойства материала до и после термической обработки. Деталь - рессора, марка стали - 55, значение твердости или предела прочности - 45-50HRC

Рессоры испытывают в работе многократные знакопеременные нагрузки и после снятия нагрузки должны полностью восстанавливать свои первоначальные размеры. В связи с такими условиями работы металл, применяемый для изготовления пружин и рессор, должен обладать, кроме необходимой прочности в условиях статического, динамического или циклического нагружений, достаточно хорошей пластичности, высокими пределами упругости и выносливости и высокой релаксационной стойкостью, а при работе в агрессивных средах (атмосфере пара, морской воде и др.) должен быть также и коррозионо-стойким.

Данная деталь (рессора) изготовлена из стали марки - 55.

Характеристика материала. Сталь 55

Химический состав в% материала стали 55

Температура критических точек материала сталь 55

Механические свойства при комнатной температуре материала сталь 55

Материал должен обладать необходимой прочностью в условиях статического, динамического или циклического нагружений, достаточно хорошей пластичностью, высокими пределами упругости и выносливости и высокой стойкостью, а при работе в агрессивных средах (атмосфере пара, морской воде и др.) должен быть также и коррозионо-стойким.

Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям, - обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений). Эти характеристики обеспечивают точность и надёжность работы пружин и постоянство во времени таких эксплуатационных свойств, как крутящий момент, силовые параметры. Высокую прочность стали 55 приобретает после термической обработки, включающей в себя закалку и низкий отпуск:

Прочность стали сохраняется благодаря низкому отпуску, а удовлетворительная пластичность обеспечивается высокой степенью чистоты и мелкозернистой структурой.

Задание 2. Как проводят цементацию в твердом карбюризаторе?

карбюризатор термический сталь цементация

При цементации в твердом карбюризаторе, насыщающей средой является древесный уголь (дубовый или березовый) в зернах поперечником 3,5 - 10 мм или каменноугольный полукокс и торфяной кокс, к которым добавляют активизаторы: углекислый барий (BaCO3) и кальцинированную соду (Na2CO2) количестве 10 - 40% от массы угля.

Широко применяемый карбюризатор состоит из древесного угля, 20 - 35% BaCO3и ~3,5% CaCO3. Рабочую смесь, применяемую для цементации, составляют из 25 - 35% свежего карбюризатора и 65 - 75% отработанного. Содержание BaCO3 в такой смеси 5 - 7%, что обеспечивает требуемую толщину слоя и исключает образование грубой цементитной сетки на поверхности.

Изделия, подлежащие цементации, после предварительной очистки укладывают в ящики: сварные стальные или, реже, литые чугунные прямоугольной формы. При упаковке изделий на дно ящика насыпают и утрамбовывают слой карбюризатора толщиной 20 - 30 мм, на который укладывают первый ряд деталей, выдерживая расстояние между деталями и до боковых стенок ящика 10 - 15 мм. Затем засыпают и утрамбовывают другой ряд деталей и т.д. Последний (верхний) ряд деталей засыпают слоем карбюризатора толщиной 35 - 40 мм с тем, чтобы компенсировать возможную его усадку. Ящик накрывают крышкой, кромки которой обмазывают огнеупорной глиной или смесью глины и речного песка. После этого ящик помещают в печь.

Цементацию проводят в аустенитном состоянии, т.к. в б - железе углерод практически нерастворим. Нагрев до температуры цементации (910 - 930 ?С) составляет 7 - 9 мин. на каждый сантиметр минимального размера ящика. Продолжительность выдержки при температуре цементации для составляет 4 - 6 ч для слоя толщиной 0,4 - 0,6 мм (скорость цементации в твердом карбюризаторе ~0,1 мм/мин). Содержание углерода на поверхности цементирумого изделия составляет 0,8 - 1,0%. С углублением от поверхности вглубь оно уменьшается до исходного - 0,2% (рис.).

Диффузионные процессы при Цементации

После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400 - 500 ?С и затем раскрывают. В процессе медленного охлаждения после цементации на поверхностном слое залегает заэвтектоидная зона, состоящая из перлита и карбидной сетки. Глубже лежит эвтектоидная зона, со структурой пластинчатого перлита, а под ней - доэвтектоидная перлито - ферритная зона, количество перлита в которой уменьшается с удалением от поверхности к центру (рис.).

Микроструктура диффузионной зоны после медленного охлаждения с температуры науглероживания железа

Цементацию стали проводят атомарным углеродом. При цементации твердым карбюризатором атомарный углерод образуется следующим образом. В цементированном ящике имеется воздух, кислород которого при высокой температуре взаимодействует с углеродом карбюризатора, образуя окись углерода. Окись углерода в присутствии железа диссоциирует по уравнению

2CO>CO2 + Cат

Углерод выделяющийся в результате этой реакции в момент его образования, является атомарным и диффундирует в аустенит. Добавление углекислых солей активизирует карбюризатор, обогащая атмосферу в цементационном ящике окисью углерода:

BaCO3 + C>BaO + 2CO.

Задание 3. Опишите способы получения, свойства и применение текстолитов?

Текстолиты (от латинского textus-ткань и греческого lithos-камень), слоистые пластики, армированные тканями из разложенных волокон. Связующее в текстолите - главным образом термореактивные синтетические смолы (полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиамидные, фурановые, кремнийорганические и другие.) или термопласты (полиамиды, поликарбонаты, полиолефины и т.п.), иногда - неорганические связующее на основе силикатов щелочных металлов, фосфатов А1 и др.

В зависимости от природы волокон различают собственно текстолиты (хлопковые волокна), органотекстолиты (синтетические и искусственные волокна), стеклотекстолиты (различные стеклянные волокна), асботекстолиты (асбестовые волокна), углетекстолиты, или углеродо-текстолиты (углеродные волокна), базальтотекстолиты (базальтовые волокна) и др.

Используемые ткани различаются видом переплетения (полотняное, сатиновое, саржевое), толщиной и структурой нити или жгута, числом нитей на единицу длины в направлении основы и утка ткани, толщиной, поверхностной плотностью (массой 1 м²). Наибольшее применение в производстве текстолита находят однослойные ткани полотняного и сатинового переплетения. Для получения текстолита с повышенной межслоевой прочностью применяют многослойные (объемно плетеные) ткани, слои в которых переплетены между собой. В ряде случаев ткани изготовляют из волокон различной природы, стеклянных и углеродных, углеродных и органических волокон.

Свойства текстолитов зависят главным образом от природы волокон в тканях, характеристики самой ткани, свойств и количества связующего, технологии изготовления. Изделия из текстолита изготовляют путем послойной выкладки или намотки тканей с нанесенным связующим на оправку по форме изделия с последующим контактным, вакуумным, автоклавным или прессовым формованием, а также механической. обработкой текстолитовых листов, плит или пластин.

Асбопластики, реакто - и термопласты, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя асбестовый материал в виде порошка (прессовочные и литьевые массы), волокон (асбоволокнит), бумаги (асбогетинакс), тканей (асботекстолит). Связующими в асбопластиках служат термореактивные синтетические смолы, главным образом феноло - или меламино-формальдегидные, реже кремнийорганические, фурановые; содержание связующего-50-70% от массы асбопластика. В состав пластиков могут входить и другие наполнители, например, асбоволокнит и асботекстолит иногда содержат тальк, SiO2, а асбогетинакс - бумагу из смеси асбеста с небеленой сульфатной целлюлозой. Асбестовым порошком наполняют и термопласты, напр. полиэтилен, полистирол, ПВХ.

Асбопластики - прочные, теплостойкие (до 250°С) и огнестойкие материалы, обладающие высокими фрикционными, а также электроизоляционными и антикоррозиоными свойствами, химической и атмосферостойкостью. Свойства в значительной степени определяются видом связующего и наполнителя, в частности материалы из антофиллитового асбеста придают пластикам более высокую кислотостойкость, чем материалы из хризотилового асбеста, а также степенью наполнения, способом изготовления и др.

В производстве слоистых асбопластиков наибольшее качественная пропитка достигается, когда наполнителем является асбестовый войлок. При степени наполнения 60% материал, полученный прессованием при 20 МПа, имеет прочность при растяжении 190-210 МПа, при изгибе 390-400 МПа и модуль упругости 22400 МПа.

Текстолит производят по разной технологии и разные производители. Почти в каждом крупном городе можно найти фирму, которая занимается производством данной продукции. Объем продукции, который может производить компания, будет различаться, так как текстолит бывает разный, в зависимости от качества, например стеклотекстолит. Сам текстолит можно различать по ГОСТу, который и показывает качество той или иной продукции, которую будет производить фирма.

Текстолит листовой - Слоистый листовой материал, который создается в техническом отделе. Технология сравнительно простая: будет реализован метод горячего прессования хлопчатобумажных тканей. Почему же тогда при соблюдении данной технологии получается прочный материал? Потому что используется термореактивная пропитка, в которой главным реагентом выступает фенолформальдегидная смола. Именно она и связывает все в структуре текстолита.

Чем так привлекателен данный материал? То, что его можно сверлить, резать, колоть. Сам текстолит используется при создании различного рода деталей, особенно тех, которые используется при больших нагрузках. Чаще всего данный материал используют в деталях, которые задействованы с трением. Как электроизоляция данный материал также используется в производстве. Но как электроизоляция обычно используется на воздухе, если влажность воздуха стандартная, не повышенная. Диапазон температур будет от - 65 до 105 градусов, при этой температуры детали из этого материала будут работать прекрасно.

Задание 4. Вычертить диаграмму состояния железо - карбид железа, указать структурные составляющие во всех областях диаграммы, описать превращения и построить кривую нагревания или охлаждения (в зависимости от задания) в указанном интервале температур для сплава, содержащего данное количество углерода. На кривой охлаждения или нагревания указать количество степеней свободы на каждом участке кривой, подсчитав их в соответствии с правилом фаз. Для заданного сплава определить количественное соотношение фаз в соответствии с правилом отрезка при указанной температуре

Дано: Кривая нагревания; Интервал температур от 0 до 1600°C; Количество углерода 2,8%; температура 780°C

Решение:

Правило фаз выражается следующим уравнением (при постоянном давлении): C=K+1-F, где K - число компонентов в системе, F - число фаз, C - число степеней свободы (или инвариантность системы).

Число степеней свободы - это число независимых переменных внутренних (состав фаз) и внешних (температура, давление) факторов, которые можно изменять без изменения числа фаз, находящихся в равновесии.

Правило отрезков позволяет определить количественное соотношение фаз. Для определения концентрации компонентов в двух фазах сплава с 2,8% С при температуре 780°С характеризующую состояние сплава, проводим горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения (а и с) на горизонтальную ось диаграммы показывают составы фаз. Проекция точки с покажет состав аустенита, а точка а - цементит первичный + ледебурит. Отрезки коноды между точкой в и точками а и с, определяющие составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

Число степеней свободы в искомой точке b равно С=К - Ф + 1.

Так как число компонентов равно 2, количество фаз в данной точке 2 (аустенит, цементит и ледебурит), то С = 2 - 2 + 1 = 1.

Построение кривой нагревания сплава основано на превращениях фаз и структурных составляющих в ходе нагревания.

Список литературы

1. Марочник сталей и сплавов, Зубченко А.С., Москва «Машиностроение», 2001 г.

2. Материаловедение. Учебник для высших технологических учебных заведений, Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. - 3-е издание дополненное и переработанное - М.: «Машиностроение», 1990 г.

3. Материаловедение, Б.Н. Арзамасов, МГТУ имени Н.Э. Баумана 2005 г.

4. Справочник металлиста. В 5 - ти томах. Том 2. Под редакцией Радштадта А.Г., Брострема В.А.М.: «Машиностроение», 1976 г.

5. Машиностроительные стали. Справочник. Журавлев В.Н. и Николаева О.И. Издание 3 - е переработанное и дополненное - М.: «Машиностроение», 1981 г.

6. Технология конструкционных материалов, О.О. Комаров, Минск ООО «Новое знание» 2005 г.

Размещено на Allbest.ru