Контрольная работа по "Технология конструкционных материалов"

Задание №1

3.  Вычертите  диаграмму состояния железо –  карбид железа, укажите структурные  составляющие во всех областях  диаграммы, опишите превращения  и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз)  для сплава, содержащего 0,5% С.  Какова структура этого сплава  при комнатной температуре и  как такой сплав называется?

 

Описание превращений  в сплаве, содержащем 0,5 % углерода.

Сплав до точки 1, при температуре 1520 ° будет находится в состоянии  жидкого расплава. По правилу фаз, С = к – ф +1. Количество компонентов  равно двум (Fe, С).

Ф – количество фаз равно  единице (жидкий расплав). Следовательно  С = 2, а значит t ҂ const, она понижается. Внутренний фактор концентрация также ҂ const. На кривой охлаждения это отразится в виде наклонной прямой.

В точке 1 из жидкости образуется аустенит. С₁ = 2 – 2 + 1 = 1. Число фаз равно двум (жидкий расплав + аустенит). Следовательно t ҂ const, она понижается, но т.к. при кристаллизации аустенита выделяется скрытая теплота процесса Q↑, значит скорость охлаждения уменьшится. На кривой охлаждения это отобразиться в виде более пологой наклонной прямой.

На участке 1-2 происходит кристаллизация аустенита. С _1-2 = 2 – 2 + 1 = 1, присутствуют две фазы. Температура по-прежнему уменьшается.

В точке 2 при температуре 1450 ° заканчивается кристаллизация аустенита. Число фаз становится равным единице и число степеней свободы равно двум. Следовательно, на участке 2 - 3 будет прямая, менее  пологая, чем 1-2.

В точке 3 при температуре 785 ° происходит перекристаллизация аустенита в феррит. Этот процесс  обусловлен полиморфным превращением железа Fe. Число фаз будет равно 2 (аустенит + феррит). С ₃ = 2 – 2 + 1 = 1. Следовательно,  t ҂ const, она понижается, но т.к. при кристаллизации аустенита выделяется скрытая теплота процесса Q↑, значит скорость охлаждения уменьшится. На кривой охлаждения это отобразиться в виде более пологой наклонной прямой.

В точке 4 при температуре 727 ° происходят эвтектоидные превращения, которые заключаются в том, что  аустенит при температуре  727 °  перекристаллизуется с образованием механической смеси феррита и  цементита. Эвтектоид называется перлит.

Число фаз будет равно 3. C₄ = 2 + 1 – 3 = 0. Следовательно, t = const. На графике это отразится в виде прямой 4 - 4´, параллельной оси времени.

Сплав после точки 4 имеет  две фазы, следовательно, t ҂ const, она понижается, но т.к. при кристаллизации аустенита выделяется скрытая теплота процесса Q↑, значит скорость охлаждения уменьшится. На кривой охлаждения это отобразиться в виде более пологой наклонной прямой.

При комнатной температуре  это будет феррит + перлит.

Задание II

Сплавы: 16ГС, У7, Б83

1)16ГС - ГОСТ 5520-79 -

Сталь 16ГС – Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций, сваривается без ограничений.

16 – содержание углерода  в сотых долях процента (0,16%). Г  означает наличие марганца, С  – кремния. Поскольку после  букв Г и С не стоят цифры,  то содержание этих легирующих  элементов менее 0,8 – 1,5 процента. Если бы было больше, после  букв стояла бы соответствующая  цифра.

Химический состав:

Химический элемент  %

Азот (N), не более   0.008

Кремний (Si)    0.4-0.6

Марганец (Mn)    1.0-1.4

Медь (Cu), не более   0.30

Мышьяк (As), не более  0.08

Никель (Ni), не более   0.30

Сера (S), не более   0.040

Углерод (C)    0.14-0.20

Фосфор (P), не более   0.035

Хром (Cr), не более   0.30

Назначение: Фланцы, корпуса и другие детали, работающие при температуре от -40 до 475°С под давлением; элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре -70°С, Сварные конструкции, листовые, клапанные конструктивные детали.

Температура критических  точек стали:

Ac₁ = 736 - 745°С,     

Ac₃(Ac_m) = 920 - 927°С ,      

Ar₃(Arc_m) = 791 - 820°С,      

Ar₁ = 641 - 735°С

Механические  свойства:

Термообработка, состояние  поставки	Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %
Листы и полосы (образцы  поперечные)	<10	345	510	23
Листы и полосы (образцы  поперечные)	10-20	335	490	23
Листы горячекатаные	2-3,9		510	19
Листы 2-6, 10-12, 16,18 категорий  термообработанные (образцы поперечные)	4-20	320	490-610	22

 

Влияние легирующих добавок:

Марганец

Марганец вводят в стали  как технологическую добавку  для повышения степени их раскисления  и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической  примесью, если его содержание, не превышает 0,8%. Марганец как технологическая  примесь существенного влияния  на свойства стали не оказывает.

Кремний

Кремний также вводят в  сталь для раскисления. Содержание кремния как технологической  примеси обычно не превышает 0,37%. Кремний  как технологическая примесь  влияния на свойства стали не оказывает. В сталях, предназначенных для  сварных конструкций, содержание кремния  не должно превышать 0,12-0,25%.

Фосфор

Пределы содержания фосфора  как технологической примеси  составляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и  сера, относится наиболее вредным  примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог  хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Вредное влияние фосфора  особенно сильно сказывается при  повышенном содержании углерода.

2) У7 - ГОСТ 1435-88 - Сталь инструментальная углеродистая. Буква "У" означает, что сталь углеродистая, цифры указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь поставляют после отжига. НВ10^-1= 187 МПа.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.65 - 0.74	0.17 - 0.33	0.17 - 0.33	до   0.25	до   0.028	до   0.03	до   0.2	до   0.25

 

Температура критических  точек материала: У7.

Ac1 = 730 ,      Ac3(Acm) = 770 ,       Ar1 = 700 ,       Mn = 280

Свариваемость:	не применяется для сварных  конструкций
Флокеночувствительность:	не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна

 

 

Физические свойства материала У7

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20			46	7830		130
100			46
200
300			41		580
400					664
500					819
600			33		970
700					710
800					706
900			29		685
T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

T   - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

E  - Модуль упругости первого рода , [МПа]

a   - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]

l  - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

r  - Плотность материала , [кг/м3]

 C   - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]

 R   - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Применение: инструмент, который работает в условиях, не вызывающих разогрева рабочей кромки: зубила, долота, бородки, молотки, лезвия ножниц для резки металла, топоры, колуны, стамески, плоскогубцы комбинированные, кувалды.

Влияние легирующих элементов:

Сера

Пределы содержания серы как  технологической примеси составляют 0,035-0,06%. Повышение содержания серы существенно  снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление  истиранию и коррозионную стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое содержание серы ведет к красноломкости. Кроме  того, повышенное содержание серы снижает  свариваемость готовых изделий.

Фосфор

Пределы содержания фосфора  как технологической примеси  составляют 0,025-0,045%. Фосфор, как и  сера, относится наиболее вредным  примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания, даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог  хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Вредное влияние фосфора  особенно сильно сказывается при  повышенном содержании углерода.

3) Б-83 - ГОСТ 1435-88 - Баббит — антифрикционный сплав на основе олова, предназначенный для использования в виде слоя, залитого или напыленного по корпусу вкладыша подшипника. Используют, когда от антифрикционного материала требуются повышенная вязкость и минимальный коэффициент трения.

Все баббиты имеют существенный недостаток — низкое сопротивление  усталости, что ухудшает работоспособность  подшипника. Из-за небольшой прочности  баббиты могут успешно эксплуатироваться  только в подшипниках, имеющих прочный  стальной (чугунный) или бронзовый  корпус. Обычно тонкостенные подшипниковые  вкладыши автомобильных двигателей изготовляют штамповкой из биметаллической  ленты, полученной на линии непрерывной  заливки. Продолжительность работы подшипников зависит от толщины  баббитового слоя, залитого на стальной вкладыш. Уменьшение толщины слоя увеличивает  срок службы подшипника.

Баббит (Б-83) — сплав, состоящий из следующих элементов: Sn (83 %); Sb (11 %); Cu (6 %) — для подшипников, работающих при средних нагрузках. Допустимое рабочее давление [Pm]: 10-15 МПа.

Допускаемые режимы работы:

[Pm] = 5-12 МПа.

[V] = 10 м/с.

[Тм] = 80 по цельсию.

 Твёрдость, HB, МПа: 2700-3000.

Применение: для изготовления баббитов в чушках, применяемых для заливки подшипников и других деталей; температура заливки 440-460°C ; температура начала расплавления 240°C.

Температура плавления, °C : 370°C

Механические свойства сплава Б83 при Т=20°C

σ_в - 110-120 МПа s_T - 80-85 МПа.

σ_в - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа

s_T - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа 

Получение баббита  Б83: процесс плавки ведется в следующей последовательности. Нагревают тигель до 600—700° С. Загружают медносурьмяную лигатуру, сурьму и олово в количестве 20—25% от массы шихты. Шихту засыпают мелким прокаленным древесным углем и расплавляют. После расплавления загруженной шихты в тигель частями добавляют оставшуюся часть олова, чтобы не «заморозить» плавку. Расплав с каждой добавкой олова хорошо перемешивают. Во время плавки необходимо следить, чтобы расплав не перегревался и был хорошо закрыт древесноугольным порошком.

 

После расплавления всей шихты  сплав доводят до температуры 550—500°  С, дают ему отстояться 10—15 мин и  вновь перемешивают, затем при  температуре 425—500° С разливают  в чушки или производят заливку  подшипников.    

Задание 5

Объясните устройство штампа последовательного действия при холодной штамповке.

Холодная листовая штамповка

Сущность способа заключается  в процессе, где в качестве заготовки  используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свёрнутую в  рулон. Листовой штамповкой изготовляют  самые разнообразные плоские  и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная  стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолёта, ракеты).

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина  их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При  изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять  к материалу заготовки достаточно высокие требования по пластичности.