ответы на вопросы

контрольная работа состоит из 5 вопросов ...

Вариант 10
1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска стяжных болтов из стали МСт5, которые должны иметь твердость 207…230НВ. Опишите микроструктуру и свойства.
Сталь МСт5-углеродистая конструкционная сталь общего назначения. Приставка М в начале марки указывает на то, что сталь получена мартеновским способом. Химический состав по ГОСТ 380-60: C 0,28-0,37 %; Mn 0,5 %; Si ≤0,35 %; Cr ≤0,3%. Сталь содержит повышенное количество серы (до 0,05%) и фосфора (до 0,04%).
Сталь для элементов крепления должна иметь высокую твердость поверхности для лучшего противостояния износу и стабильную прочность и пластичность по сечению, чтобы удовлетворять конструктивным требованиям.
МСт5 в исходном (отожженном) состоянии имеет структуру: феррит+перлит, низкую твердость (НВ 130— 140) и хорошо обрабатывается резанием. Для болтов из стали МСт5 с максимальной твердостью для этой стали назначим в качестве термообработки закалку с охлаждением в 10%-ном растворе NaOH в воде и последующий низкий отпуск.
Температура закалки стали МСт5, поскольку это сталь доэвтектоидная, должна быть 760—770 °С, т. е. несколько выше Ас1=7270С для того, чтобы в результате закалки сталь получала мартенситную структуру и сохраняла мелкое зерно. Сталь с исходной структурой феррита и перлита при нагреве приобретает структуру аустенит+феррит. После закалки структура стали — мартенсит с включениями феррита. Продолжительность нагрева должна обеспечить прогрев изделия по сечению и завершение фазовых превращений.

Контрольная работа № 1
«Материаловедение и технология
конструкционных материалов»

Введение V в сталь 38ХМФА повышает механические свойства хромистых сталей, главным образом вязкость, вследствие лучшего раскисления и измельчения зерна без увеличения прокаливаемости. Эту сталь применяют для изделий, работающих при повышенных динамических нагрузках.Для подавления обратимой отпускной хрупкости сталь легируют молибденом, что очень важно для крупных изделий, в которых даже при охлаждении в воде от температур отпуска нельзя устранить эту хрупкость. Кроме того, молибден повышает прокаливаемость (особенно в сочетании с никелем), устойчивость стали против отпуска и способствует образованию мелкозернистой стали. Молибден значительно улучшает механические свойства стали после цементации и повышает твердость и прокаливаемость цементованного слоя, так как стали, содержащие молибден, не склонны к внутреннему окислению при взаимодействии с газовым карбюризатором.Для получения высокой твердости и износоустойчивости поверхностного слоя копиров применим азотирование в среде диссоциированного аммиака. Азотирование является финишной химико-термической обработкой, Азотированный слой имеет высокую твердость и износостойкость, что немаловажно для таких деталей станков, как копиры.В исходном состоянии заготовки для копиров имеют структуру легированного перлита и феррита. Заготовки подвергаются нагреву под закалку на температуру 820 градусов Цельсия. После нагрева под закалку структура представляет сосбой легированный аустенит и феррит.Затем следует закалка в масле. После закалки структура заготовок – легированный мартенсит с включнения аустенита. После закалки производим высокий отпуск, нагревая заготовки на температуру 600 градусов Цельсия. После выдержки в один час при этой температуре заготовки копиров приобретают структуру легированного зернистого сорбита с твердостью HRC 28-32. Детали с такой структурой хорошо поддаются механической обработке. После отпуска деталям придают окончательную форму.Азотирование копиров проводится в герметичных ретортах, куда подается предварительно очищенный от примесей и паров воды аммиак. Азотирование проводится при температуре 540 градусов Цельсия, что ниже температуры отпуска. Время азотирования назначаем 30 часов. В реторту поступает аммиак, который при температуре азотирования диссоциирует на атомарный водород и атоманый азот. Последний диффундирует в поверхность копиров. Водород отводится в атмосферу и сгорает.В процессе азоирования в поверхности копиров создаются следующие фазы:Азотистый феррит (α- фаза)Химическое соединение (нитрид железа) Fe4N или γ’-фаза.Химическое соединение (нитрид железа) Fe2N или ԑ-фаза.Нитриды легирующих элементов, а именно хрома, молибдена , ванадия.Наличие этих фа и придает высокую твердость до (1000 HV) и износоустойчивасть азотированному слою. Толщина азотированного слоя не более 0,15 мм. Кроме того, азотированный слой ввиду наличия значительных сжимающих напряженй в нем, придает комиру повышенную усталостную прочность, а также коррозионную стойкость.3. Для дисков и роторов турбин используется сталь 15Х12ВНМФ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите структуру. Охарактеризуйте механические свойства стали.Сталь 15Х12ВНМФ – относится по назначению к группе жаропрочных сталей. Это мартенситно-ферритная сталь. Из этой стали изготавливают лопатки, крепеж, диафрагмы, турбинные диски и роторы, работающие длительно при 500-5800С. Ее состав: 0,12-0,18%C, 11-13%Cr, 0,5-0,7%Mo, 0,15-0,3%V, 0,7-1,1%W, 0,4-0,8%Ni.Мартенситно-ферритные стали содержат 10—25 % феррита. Их используют для деталей и узлов газовых турбин и паросиловых установок. В состав сложнолегированной стали 15Х12ВНМФ кроме 11—13 % Сr, входят W, V, Mo, Nb, которые повышая температуру рекристаллизации и образуя карбиды типа М23С6, М6С, М2С, МС и фазы Лавеса — Fe2W(Fe2Мо), улучшают жаропрочность. Наиболее сильно повышает жаропрочность вольфрам и ванадий в сочетании с молибденом. Легирование стали бором, цирконием, церием и азотом дополнительно увеличивает жаропрочность. Рабочие температуры этих сталей могут достигать 500—6000С. Однако количество ферритообразующих элементов должно быть ограничено, в противном случае сталь может стать полуферритной, что снизит ее жаропрочность.Для получения оптимальной жаропрочности высокохромистые стали закаливают на мартенсит. Температура закалки стали 15Х12ВНМФ — 1000—10200С, охлаждение в масле. Высокие температуры закалки необходимы для растворения карбидов М23С6 и МС в аустените. Более высокие температуры закалки приводят к образованию в структуре большого количества феррита, снижающего прочность. Структура сталей после отпуска при 650—700°С сорбит и троостит. Длительная прочность σ108 для стали 15Х12ВНМФ при 550 °С составляет 200 МПа.После термообработки сталь 15Х12ВНМФ имеет механические свойства: σв=900МПа, σт=750МПа, δ=15%.4. Кратко изложите основы теории термической обработки алюминиевых сплавов в применении к промышленному сплаву дуралюмин. Укажите состав упрочняющих фаз, образующихся при старении дуралюмина.Дуралюминами называют сплавы Al—Сu—Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дуралюмином является сплав Д1, однако вследствие сравнительно низких механических свойств производство его заметно сокращается; сплав Д1 для листов и профилей заменяется сплавом Д16. Упрочнение дуралюмина при термической обработке достигается в результате образования зон Гинье-Престона сложного состава или метастабильных фаз S' и θ'.Марганец, хотя и не входит в состав упрочняющих фаз, но его присутствие в сплавах полезно. В качестве примесей в дуралюмине имеются железо и кремний. Железо, образуя соединение (Мn, Fe)Al6, кристаллизующееся в виде грубых пластин, понижает прочность и пластичность дуралюмина. Кремний образует фазы Mg2Si и W(А1xMg5Сu6Si0), которые растворяются в алюминии, и при последующем старении упрочняют сплав. Однако упрочнение от Mg2Si и W фаз невелико, поэтому примесь кремния, уменьшая количество основных упрочняющих фаз S и θ, способствует снижению прочности.