Современные легированные стали и сплавы

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Изучение этого раздела начните с рассмотрения общих признаков классификации сталей и особенностей их буквенно-цифровой маркировки. Научитесь правильно читать марку стали или сплава в соответствии с написанной маркировкой.

Изучая конструкционные и инструментальные, стали, уясните цель легирования, преимущества легированных сталей перед углеродистыми. Основная цель легирования конструкционных сталей увеличение их прокаливаемое. Сталь должна обеспечить прокаливаемость в рабочем сечении детали, т.е. в том сечении, на которое действуют нагрузки. Обычно чем больше действующие нагрузки и чем больше сечение детали, тем более легирована сталь. Как правило, стали, содержащие до 0, 25% углерода, подвергают цементации или нитроцементации с последующей закалкой и низким отпуском. Их так и называют - цементируемые. Их используют для деталей, которые работают с ударными нагрузками и подвергаются истиранию. Детали из сталей, содержащие 0, 35-0, 5% углерода, подвергающиеся действию больших нагрузок, подвергают улучшению, т.е. закалке и высокому отпуску. Называются они улучшаемые. Если такие детали подвергаются также истиранию, то им дается поверхностное упрочнение (чаще всего закалка токами высокой частоты или азотирование). Отметьте для себя, что азотированию подвергают специальный класс азотируемых сталей.

Стали содержащие 0, 55—0, 65% углерода, идут обычно на изготовление пружин и рессор. Их подвергают закалке и среднему отпуску или изотермической закалке. В зависимости от легирования рессорно-пружинные сталей могут быть общего и специального назначения. Особую группу по составу и маркировке занимают шарикоподшипниковые стали, для которых важным считается сопротивление малым пластическим деформациям.

Основное достоинство легированных инструментальных сталей – возможность их закалки в масле или расплавленных солях, так как при этом возникают меньшие напряжения и коробления, меньшая хрупкость. Выбор инструментальных сталей делается с учетом термической обработки и в соответствии с областью их применения. Инструмент из низколегированных сталей не может работать при большой скорости резания, так как при нагреве свыше 200—250°С резко падает твердость. Сохраняют твердость при нагреве до 500—600°С только быстрорежущие стали.

Обратите внимание на особенности термической обработки быстрорежущих сталей. Если правильно провести термическую обработку, то во время работы твердость инструмента длительно сохраняется вплоть до температуры 600º С (красностойкость). Запомните, что после высокого отпуска твердость быстрорежущей стали повышается, так как в результате отпуска остаточный аустенит переходит в мартенсит. Для штамповых инструментов используют среднеуглеродистые легированные и высоколегированные стали с большой глубиной прокаливаемости. Причем, чем выше температура эксплуатации, тем выше степень легированности штамповых сталей. Особое место в классификации инструментальных материалов занимают твердые сплавы. Изучите основные виды литых твердых сплавов, их маркировку, свойства и область применения. Нужно знать преимущества применения твердых сплавов при обработке деталей и заготовок по сравнению с инструментальными сталями.

Изучая нержавеющие стали, нужно обращать внимание на содержание углерода и связывать их свойства со структурой. Однофазные сплавы значительно лучше сопротивляются коррозии, чем многофазные, поэтому, чем меньше в стали углерода, тем выше ее коррозионная стойкость. Внимательно разберите термическую обработку сталей. Цель закалки ряда низкоуглеродистых нержавеющих сталей - увеличение коррозионной стойкости, а не прочности. Твердость у них при закалке не увеличивается, так как нет превращений в твердом состоянии, но при нагреве карбиды переходят в твердый раствор, а при резком охлаждении не успевают выделиться и поэтому формируется однофазная структура. Прочность сталей типа 08Х18Н10Т достигается нагартовкой. т.е. в результате пластической деформации.

Разбирая жаростойкие и жаропрочные стали, следует иметь в виду, что это всегда сложнолегированные стали, которые содержат много элементов и в большом количестве. Окалиностойкость в основном зависит от химического состава, жаропрочность - от многих факторов. Термическая обработка выбирается в зависимости от условий работы деталей.

Изучите стали и сплавы с определенным коэффициентом линейного расширения и стали с особыми физико-химическими свойствами. Нужно обращать внимание на их химический состав, термическую обработку, если она производится, и область применения каждого сплава.

Вопросы для самопроверки

1. Что понимают под улучшением? Какие для этого используют стали?

2. Выберите марки сталей для рессоры и штампа горячего деформирования.

3. Укажите особенности термической обработки быстрорежущих сталей.

4. Как упрочняются стали типа 08Х18Н10Т?

5. Укажите область применения сплавов с заданным коэффициентом линейного расширения.

6. Какова область применения литых твердых сплавов?

7. В чем преимущества получения инструмента с пластинами из твердых сплавов?

Цветные металлы и их сплавы

Цветные металлы составляют довольно большую группу веществ из периодической системы элементов Д.И. Менделеева, однако наибольшее распространение в промышленности получили такие металлы как медь, алюминий, магний, титан, олово, свинец, цинк и никель. Эти металлы используются и как легирующие добавки в производстве специальных сталей и сплавов, так и самостоятельно, главным образом в виде сплавов. Кратко рассмотрите особенности применения этих металлов в различных отраслях техники, уделив особое внимание на взаимосвязь свойств с чистотой очистки их от примесей.

Затем более подробно рассмотрите свойства и применение сплавов на основе меди и алюминия. Эти металлы наиболее широко используют для производства цветных сплавов. Составьте классификацию этих сплавов в зависимости от легирования и назначения. Разберите принципы маркировки медных и алюминиевых сплавов.

Обратите внимание, что эти сплавы можно использовать как в термообработанном состоянии, так и без термообработки. Разберитесь, для каких сплавов упрочняющая обработка обязательна и почему. Ознакомьтесь с использованием порошков цветных металлов в качестве сырья для производства изделий методами порошковой металлургии.

Вопросы для самопроверки

1. Сравните основные свойства алюминия, магния, меди, титана. Назовите области применения этих металлов в машиностроении.

2. Какие алюминиевые сплавы упрочняются путем термической обработки? В чем сущность явления старения дуралюминов?

3. Какие алюминиевые сплавы упрочняются нагартовкой?

4. Какие известны вам литейные алюминиевые сплавы? В чем сущность процесса модифицирования таких сплавов?

5. Укажите марки, состав, обработку, свойства и назначение магниевых сплавов.

6. Как классифицируются медные сплавы? Маркировка, составы и применение бронз и латуней.

7. Каковы требования, предъявляемые к антифрикционным сплавам?

8. Укажите структуру и свойства баббита марки Б83.

9. Какие достоинства имеют титановые сплавы по сравнению с алюминиевыми? Назовите области применения титановых сплавов.

ОБЩАЯ СХЕМА ВЫПОЛНЕНИЯ

КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Ниже приводятся 30 вариантов контрольных работ. Номер варианта работы, выполняемой студентом, должен соответствовать порядковому номеру его фамилии в журнале группы.

Задачи выполняют согласно приведенному алгоритму. Работа оформляется на стандартном листе формата А4 и должна сопровождаться чертежами, схемами, таблицами, иллюстрирующими текст (по мере необходимости). Пример оформления титульного листа приведен в прил. 1.

При выполнении работы вам дается полная самостоятельность в выборе материала детали и дальнейшей его обработки на основе известных методов. Особое внимание следует уделить обоснованию выбранного материала и способу его получения. Примерный вариант решения задачи приведен в прил. 2.

Обязательно оставьте поля для замечаний преподавателя. Если вы пользуетесь какой-либо литературой, то следует указать номер источника в списке использованной литературы и страницу. При ссылке на таблицу укажите ее номер. Выполненная работа должна быть подписана автором.

ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

Вариант 1: Опишите технологический процесс производства заготовок валов диаметром не менее 150 мм (вал ответственного назначения).

Вариант 2: Опишите технологический процесс производства заготовок гладкого ступенчатого шлицевого вала ответственного назначения,

Вариант 3: Опишите технологический процесс производства заготовок рессор автомобиля.

Вариант 4: Опишите технологический процесс производства заготовок зубчатых колес коробки передач легкового автомобиля.

Вариант 5: Опишите технологический процесс изготовления заготовок крупномодульных шестеренок наружным диаметром 1000 мм, количеством зубьев, равным 70. Шестерни работают без защитных кожухов на открытом воздухе.

Вариант 6: Опишите технологический процесс изготовления заготовки штока поршня автомобильного амортизатора.

Вариант 7: Опишите технологический процесс производства заготовки литого диска колеса легкового автомобиля из титанового сплава.

Вариант 8: Опишите технологический процесс изготовления заготовок валов (30 тыс. шт. в год) длиной 200 мм. и диаметром 80 мм, работающих на кручение.

Вариант 9: Опишите технологический процесс изготовления заготовки торсиона длиной 200 мм, диаметром 80 мм, работающего на кручение.

Вариант 10: Опишите технологический процесс изготовления заготовки лонжеронной рамы легкового автомобиля.

Вариант 11: Опишите технологический процесс изготовления заготовок болтов (до 10 шт.), работающих на растяжение и удар.

Вариант 12: Опишите технологический процесс изготовления заготовок пружин диаметром 10 мм для работы в большом диапазоне деформации.

Вариант 13: Опишите технологический процесс изготовления заготовоктраков гусениц тракторов.

Вариант 14: Опишите технологический процесс изготовления заготовок шариков диаметром 4 мм, работающих в подшипниках. Среда работы - индустриальное масло.

Вариант 15: Опишите технологический процесс изготовления заготовки кузова легкового автомобиля.

Литература

Основная

1. Материаловедение: Учеб. для вузов/ Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Т.Ф. Косолапов и др.-7-е изд.. испр. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 646 с.

2. Материаловедение и технология металлов: Учебник/ Под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высш. шк., 2008. – 7002с.

Дополнительная

3. Технология конструкционных материалов: Учеб. для машиностроительных специальностей вузов /А.М. Дальский, И.А. Арутюнова. Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2005, - 592 с.

4. Справочник по конструкционным материалам. / Под ред. Арзамасова Б.Н. – М.: МГТУ им. Баумана, 2009

5. Общая металлургия: Учеб. для вузов/ В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. – М.: Металлургия, 2000. – 758 с.

6. Гузанов Б.Н., Бухаленков В.В., Анисимова Л.И. Классификация и правила маркировки металлических материалов – Екатеринбург: изд-во ГОУ ВПО РГППУ, 2006. – 67 с

7. Марочник сталей и сплавов/ под ред, А.С. Зубченко – М: Машиностроение, 2003

8. Технология конструкционных материалов и материаловедение. Краткий словарь терминов педагога профессионального обучения / Сост. Б.Н. Гузанов, Л.И.Анисимова, С.А Башкова М.М. Бабицына;.- Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2006.-92 с.

9. Технология металлов и материаловедение /Б.В. Кнороэов, Л.Ф. Усова, А.В.Третьяков и др.; Под ред. Л.Ф. Усовой.- М.: Металлургия 1987.-800с.

10. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учеб. для втузов, - 3-е изд., перераб. и доп. - М.; Машиностроение. 1990, -527 с.

11. Гуляев А.П. Металловедение. - М.; Металлургия, 1987, - 647 с.

12. Воскобойников В. В., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1976.-568 с.

13. Захарова А.М. Промышленные основы цветных металлов. - М.: Металлургия» 1980. - 225 с.

14. Конструкционные материалы: Справочник / Под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1990. – 687 с.: ил.

15. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справ. изд. /Пер. с нем. Б.И. Левина, Г.А. Ашмарина; Под ред. П.И. Полухина, М.Л. Бернштейна. - М.; Металлургия, 1982. - 479 с.

16. Афонькин М.Г., Магницкая М.В. Производство заготовок в машиностроении. - Л.; Машиностроение, 1987. - 256 с.

17. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1980.-495 с.

18. Материаловедение; Учеб. для высш. техн. учеб. заведений /Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под общ. Ред.Б.Н. Арзамасова. - 2-е изд., испр, и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 384с.

19. Политехнический словарь /Под общ.ред. А. Ю. Шилинского. - М: Сов. Энциклоп., 1980. - 656 с.

20. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учеб.для 9 кл. сред. Школы М.: Просвещение, 1990. - 192 с.

21. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика; Учеб. для 11 кл. сред. школы. - М.: Просвещение, 1991 - 254 с.

22. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение: Учеб. пособие для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1989. – 456с.

23. Металловедение и технология металлов: Учеб. для вузов/ Ю.П. Солнцев, В.А. Беленов, В.П. Деменцевич и др. – М.: Металлургия, 1988. – 512с.

24. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1981. – 391с.

25. Марочник сталей и сплавов/ Под ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640с.

26. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник/ Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, А.Г. Ворошин и др. – М.: Металлургия, 1981. – 424с.

27. Специальные стали: Учеб. для вузов/ М.И. Гольштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. – М.: Металлургия, 1985. – 408с.

28. Гребеник В.М., Гордиенко А.В., Цапко В.К. Повышение надежности металлургического оборудования: Справочник. – М.: Металлургия, 1988. – 688 с.: ил.

29. Лахтин Ю.М. Материаловедение и термическая обработка металлов: Учеб. для вузов. – М.: Металлургия, 1983. – 389 с.

30. Манохин А.И., Митин Б.С. и др. Аморфные сплавы. – М.: Металлургия, 1984.

31. Мозберг Р.К. Материаловедение: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1991. – 448 с.: ил.

32. Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение: Учеб. для втузов. – М.: Металлургия, 1989. – 383 с.: ил.

33. Федюкин В.А., Смагаринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. – Л.: Машиностроение, 1989.

И н т е р н е т – р е с у р с ы

1. Российская библиотечная ассоциация

Режим доступа: http: //www.rba. ru

2. Муниципальное объединение библиотек

Режим доступа: http//www.gibs.uralinfo.ru

3. Сетевая электронная библиотека

Режим доступа: http//web.ido.ru

4. Списки ссылок на библиотеки мира

Режим доступа: http//www.techno.ru

5. Государственная публичная научно-техническая библиотека

Режим доступа: http: //www.gpntb.ru

6. Виртуальные библиотеки

Режим доступа: http//imin.urc.ac.ru

7. Список библиотек, доступных в Интернет и входящих в проект «Либнет»

Режим доступа : http//www.valley.ru/-nicr/listrum.htm

8. Российская национальная библиотека

Режим доступа : http//www.rsl.ru

9. Публичная электронная библиотека

10. Режим доступа : http//www.gpntb.ru

11. Библиотека нормативно-технической литературы

Режим доступа : http//www.tehlit.ru

12. Электронная библиотека нормативно-технической документации

Режим доступа: http//www.technormativ.ru

13. Библиотека В. Г. Белинского

Режим доступа: http: //book.uraic.ru

14 Материаловедение. Бесплатный образовательный ресурс

Режим доступа: http: //supermetalloved.narod.ru/books.htm

15. Марочник сталей и сплавов. Режим доступа: http: //www.splav.kharkov.com/main.php

17. Учебники по материаловедению. Режим доступа: http: //structural-materials.info/inform.html

Приложение 1

Пример оформления титульного листа

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Машиностроительный институт

Кафедра материаловедения и технологии контроля в машиностроении и

методики профессионального обучения

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Выполнил

студент группы ЗАТ -201 А.П. Потанин

Проверил

доц., канд. техн. наук М.Ю. Большакова

Екатеринбург 2013

Приложение 2

Пример разработки технологического процесса

Опишите техпроцесс производства проволоки диаметром 10 мм, работающей при частых нагрузках на изгиб.

Алгоритм решения

1. Анализ условий работы данного изделия.

2. Выбор и обоснование материала.

3. Технологический процесс получения выбранного материала (привести схемы, таблицы, графики и т.д.).

4. Выбор методов получения заготовок из выбранного материала (привести схемы).

5 Упрочняющая объемная и (или) поверхностная обработка, обеспечивающая работу в данных условиях. Выбрать вид и обосновать его (если эта обработка необходима).

Для работы в указанных условиях наиболее подходит сталь 65 (качественная углеродистая сталь, содержащая 0, 65% углерода). Она обладает высоким сопротивлением малым пластическим деформациям при достаточном запасе пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению. Имеет повышенные значения предела выносливости и релаксационной стойкости. Сталь должна быть получена мелкозернистой, так как это также повышает сопротивление малым пластическим деформациям. Обладает хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью. После закалки мартенситная структура формируется по всему сечению в указанных размерах. Это важно, так как присутствие в структуре после закалки продуктов эвтектоидного или промежуточного превращения (феррита и перлита), а также остаточного аустенита, ухудшает упругие свойства стали. Окончательная термообработка должна обеспечить требуемую конструктивную прочность.

Исходные материалы для производства чугуна

В доменном производстве используют следующие материалы: железные руды, флюс, топливо и огнеупорные материалы.

Железная руда - природное минеральное' сырье. Кроме окислов железа (Fе₂О и Fе₃О₄) руда содержит пустую породу, которая обычно состоит из кварца и песчаников с примесью глин, т.е. является кислой (избыток SiO₂). Кроме того, в железных рудах всегда присутствуют вредные примеси (сера, фосфор и мышьяк).

Доменные флюсы необходимы для удаления из доменной печи тугоплавкой пустой породы и золы топлива. Кроме того, флюс должен обеспечить получение шлака с необходимым химическим составом, что в значительной мере определяет состав чугуна. В качестве флюса в доменном производстве используют, главным образом, известняк СаСО₃, который является сильноосновным материалом.

Топливо в доменной печи не только служит источником тепла, но и участвует в прямом восстановлении железа из его окислов. Кокс (главное топливо при выплавке чугуна) получают путем пиролиза коксующихся каменных углей. Он представляет собой пористый материал с высокой механической прочностью. Используют также мазут, природный газ (метан СН₄), угольную пыль, доменный газ.

Огнеупорные материалы (кислые, основные и нейтральные) применяют к виде кирпичей или фасонных изделий для футеровки доменной печи.

Подготовка руды к плавке

Схема подготовки: дробление ® обогащение ® окускование ® агломерация ®

® окатывание.

Дробление необходимо для того, чтобы получить нужную степень измельчения руды: для плавки – 10-30 мм, для агломерации - менее 5-8 мм. Схема щековой дробилки приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема щековой дробилки:

1 - неподвижная щека; 2 - подвижная щека; 3 - ось подвижной щеки;

4 - шкив; 5 - эксцентриковый вал; 6 - шатун; 7 - компенсационная пружина;

8 - распорные плиты; 9 - тяга.

Сортировку руды по классам крупности проводят на механических грохотах и установке типа гидроциклон, где разделение частиц происходит под действием центробежной силы.

Основной способ обогащения - магнитный. Он состоит в том, что тонкоизмельченную руду помещают в магнитное поле, где магнитные частицы оксидов железа отделяются от пустой породы. Агломерация - это окускование мелкого железного сырья путем спекания (рис. 2).

Рис.2. Схема процесса спекания:

1 - колосниковая решетка; 2 - постель; 3 - слой агломерируемой шихты; 4 - зона горения и спекания; 5 - слой агломерата

На решетку загружают слой агломерата - постель, чтобы предотвратить от просыпания мелкую шихту через зазоры. Затем засыпают слой агломерируемой шихты:

· железосодержащие компоненты (аглоруда) - 70%;

· флюсы (измельченный известняк) - 20%;

· топливо (мелкий кокс, угольная мелочь и пыль) - 5 - 7%;

· марганцевая руда — 1%.

Агломерируемую шихту увлажняют (4 - 6%) и тщательно перемешивают во вращающихся барабанах, при этом шихта окомковывается, что повышает ее газопроницаемость. После зажигания газовыми горелками начинается горение топлива. Воздух для горения просасывается через слой шихты с помощью вакуумных устройств (эксгаустеров),

Зона горения постепенно перемещается вниз до постели (колосников). При температуре 1300 - 1500 °С происходит спекание шихты в пористый продукт - агломерат. После сортировки на грохоте куски крупностью 10 - 40 мм используют для плавки, менее 10 мм - направляют на переработку. При спекании из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты.

Подготовленный концентрат перед доменной плавкой подвергают окатыванию для получения окатышей. Для этого шихта из измельченных концентратов, флюса, топлива увлажняется и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах приобретает форму шариков - окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают (1200 - 1350 °С) на обжиговых машинах. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количестве входит в их состав.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56