Термическая обработка стали

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

Волгоградский государственный технический университет

Факультет подготовки инженерных кадров

Контрольная работа

по дисциплине: «Основы научных исследований»

Вариант № 20

Выполнил :

Студент группы АТЗ-312

№ зач. Книжки 20111720

Вознюк А.А.

Волгоград 2014г

Вариант 20

Ответы на вопросы

1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска измерительного инструмента из стали У9А. Опишите микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.

Химический состав стали приведен в таблице.

Это сталь повышенной вязкости для изготовления инструмента с высокой режущей способностью.

Термическая обработка стали состоит из двух этапов: предварительная и окончательная.

Предварительная термическая обработка применяется для уменьшения деформации (в 1,5-2 раза) инструмента при последующей закалке. Она заключается в предварительной закалке с 740-770 °С с охлаждением в масле и последующем отпуске при 600 °С (1 ч).

Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска, режимы которых указаны в таблице.

Мелкий инструмент (диаметром до 120 и длиной до 250 мм) целесообразно нагревать под закалку в соляных ваннах (70 % BaCl2 + 30 % NaCl), так как при этом не надо защищать детали от окисления и обезуглероживания.

Сталь У9А имеет высокую критическую скорость закалки -- порядка 250°С/с. Замедление охлаждения при закалке недопустимо, так как приводит к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен.

Сталь отпускают при температурах не более 200 °С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмента обычно лежит в интервале 57-63 HRCЭ, а прочность при изгибе составляет 1800-2700 МПа.

2. Для изготовления пресс-форм выбрана сталь 3Х2В8. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите структуру и свойства пресс-форм после термической обработки

Сталь 3Х2В8 характеризуется невысокой теплостойкостью (350-450° С) и повышенной ударной вязкостью (более 4 кгс·м/см2 на образцах с надрезом).

Температуры отжига с непрерывным охлаждением, изотермического отжига, высокого отпуска и твердость (НВ) стали после этих видов термической обработки показаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Режимы закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования, величина зерна и твердость после окончательной термической обработки приведены в таблице 2.2.

термическая сталь легирование закалка

Таблица 2.2

Технологические режимы процессов поверхностного упрочнения штампов показаны в таблице 2.3.

3. Для некоторых приборов точной механики выбран сплав инвар Н36. Укажите состав и определите группу сплава по назначению. Опишите влияние легирующих элементов на основную характеристику сплава и причины выбора данного сплава (в связи с аномалией изменения коэффициента термического расширения)

Температурный коэффициент линейного расширения б возрастает с повышением температуры (рис. 3.1). Однако сплавы Fe--Ni не подчиняются общим закономерностям. В области концентраций от 30 до 45 % для них характерны аномалии, связанные с инварным эффектом (рис. 3.2). Самое низкое значение ТКЛР в диапазоне температур от -100 до 100 °С имеет сплав, содержащий 36 % Ni. Этот сплав был открыт Гийомом в 1897 году и назван инваром (лат. неизменный) из-за минимальных значений теплового расширения.

В обозначении Н36 буква обозначает никель, а число - процентное содержание первого в сплаве.

Для металлов с кубической кристаллической решеткой ТКЛР изотропен. Его значения не зависят от направлений кристаллической решетки и преимущественной ориентации текстуры. Термический коэффициент объемного расширения втрое превышает ТКЛР.

Рис. 3.1. Кривая расширения сплавов при повышении температуры

Рис. 3.2. Температурный коэффициент линейного расширения сплавов Fe--Ni

Рис. 24.3. Температурный коэффициент модуля упругости сплавов Fe--Ni

Для сплавов Fe--Ni инварного состава помимо низких значений ТКЛР характерна еще одна аномалия -- аномалия термического коэффициента модуля упругости ТКМУ. В любых твердых телах, в том числе металлах, при нагреве наблюдается уменьшение модуля упругости, являющегося мерой сил межатомных связей. В сплавах с инварным эффектом модуль упругости растет или остается постоянным с повышением температуры. Характерно, что максимальной величиной ТКМУ обладает тот же сплав Fe--Ni с самым низким значением ТКЛР, содержащий 36 % Ni (рис. 3.3). Подбор определенного химического состава позволяет разработать сплавы, модуль упругости которых практически не зависит от температуры. Сплавы, сохраняющие постоянство модуля упругости в широком температурном диапазоне, называют элинварами. Природа аномального изменения ТКЛР инварных сплавов, так же как и модуля нормальной упругости, имеет ферромагнитное происхождение.

В ферромагнитных сплавах Fe--Ni инварного типа велик уровень объемной магнитострикции -- изменения объема за счет внутреннего магнитного поля. При нагреве происходит уменьшение магнитострикционной составляющей объема. Выше температуры точки Кюри магнитострикционные деформации полностью исчезают в связи с переходом металла в парамагнитное состояние.

ТКЛР ферромагнетиков определяется формулой: б = б0 - Д, где б0 -- нормальный коэффициент линейного расширения, определяемый энергией связи атомов; Д -- составляющая ТКЛР, обусловленная магнитострикцией парапроцесса.

Нормальная составляющая ТКЛР при нагреве растет вследствие уменьшения энергии связи атомов. Этот рост компенсируется уменьшением магнитострикции в результате снижения намагниченности, как следствие усиления тепловых колебаний атомов. В итоге при нагреве до температуры точки Кюри объем инварных сплавов мало меняется. ТКЛР для некоторых сплавов может даже приобретать отрицательные значения, и их объем даже уменьшается.

Внешние растягивающие напряжения действуют на Fe--Ni-ферромагнетики инварного состава подобно магнитному полю и также способствуют проявлению объемной магнитострикции, обычно называемую в этом случае механострикцией. Высокий уровень механострикции в элинварных сплавах способствует аномальному изменению модуля упругости при нагреве. Влияние нагрева на модуль упругости элинварных сплавов может быть описано формулой Еt = Е0 (1 + вt), где Е0 -- модуль упругости обычных сплавов, в -- температурный коэффициент модуля нормальной упругости. В элинварных сплавах этот коэффициент всегда имеет положительное значение.

Снижение модуля упругости при нагреве обычных сплавов компенсируется составляющей за счет механострикции, что в итоге способствует стабилизации модуля упругости в широком температурном диапазоне.

Для повышения стабильности и улучшения свойств инварi легируют хромом, марганцем, молибденом. Хорошими свой-ствами обладает стабилизированный сплав Мn с присадкой Ni и Сu. Он имеет высокое удельное электросопротивление.

Инвар относится к группе сплавов, применяемых для электровакуумных приборов. Например, его применяют для герметизации изделий путём сварки со стеклом, для изготовления конденсаторов с переменной ёмкостью.

4. Назначьте марку латуни, коррозийно-устойчивой в морской воде. Расшифруйте ее состав и опишите структуру, используя диаграмму состояния медь-цинк. Укажите способ упрочнения латуни и основные свойства

Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.

Латуни имеют хорошую коррозионную стойкость, которую можно повысить дополнительно присадкой олова. Латунь ЛО70-1 стойка против коррозии в морской воде и называется "морской латунью".

Деформируемые латуни маркируются буквой Л, за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах. В нашем случае латунь содержит 70% меди.

Далее, если кроме меди и цинка, имеются другие элементы, то ставятся их начальные буквы. В нашем случае О - олово. Количество олова обозначается соответствующей цифрой через дефис после числа, показывающего содержание меди, т.е. выбранная латунь имеет в своем составе 1% олова.

На цинк приходится остаточное количество процентов, т.е. 29%.

Диаграмма состояния медь - цинк показывает, как процентное содержание цинка влияет на структуру латуни (см. рисунок).

Из рисунка видно, что в зависимости от состава имеются однофазные латуни, состоящие из б - твердого раствора, и двухфазные (б + в) - латуни.

В нашем случае следует выбирать однофазную латунь, имеющую повышенную коррозионную устойчивость, поэтому 29% цинка попадает в область б.

Повысить механическую прочность можно добавлением никеля и железа, что повышает ее до 550 МПа.

Алюминий также повышает твердость и прочность, но понижает пластичность. Применяют латунь с содержанием 4% А1, так как она технологична, хорошо обрабатывается давлением. Алюминий улучшает коррозионные свойства в атмосферных условиях, но делает латунь чувствительной к коррозии в морской воде.

5. Опишите принципиальное отличие деформации полимеров и металлов

Высокоэластическое состояние, состояние, в котором полимеры обладают способностью к большим обратимым деформациям (до нескольких десятков, сотен и более процентов). В высокоэластическое состояние могут переходить все гибкоцепные линейные полимеры с достаточно большой молекулярной массой и пространственно структурированные (сетчатые) полимеры при нагреве их выше температуры стеклования.

Верхняя температурная граница определяется температурой разложения для сетчатых полимеров и температурой текучести для линейных. Полимеры, находящиеся в высокоэластическом состоянии в широком интервале температур, соответствующем условиям их эксплуатации, называются эластомерами. Типичные представители эластомеров-натуральный и синтетические каучуки, а также резины на их основе.

В отличие от твердых кристаллических тел деформация полимеров в высокоэластическом состоянии связана не с изменением межатомных или межмолекулярных расстояний,а с частичным развертыванием хаотически свернутых цепных молекул,что и обусловливает возможность больших деформаций. При этом возвращающая сила f вызывается не силами притяжения между молекулами деформируемого тела, а тепловым движением, которое по своей интенсивности такое же, как тепловое движение молекул в жидкостях. Таким образом, упругость полимеров имеет энтропийную природу подобно объемной упругости газов. Поэтому модуль упругости полимеров в высокоэластическом состоянии пропорционален абсолютной температуре Т и имеет низкие значения (0,1-10 МПа), тогда как модуль всестороннего сжатия, определяемый силами межмолекулярного взаимодействия, типичен для конденсированных сред (103 МПа). Вследствие этого деформация эластомеров практически не сопровождается изменением объема, и связанное с этим изменение внутренней энергии U ничтожно.

Размещено на Allbest.ru