Материаловедение (решение заданий)

Задача 17. Начертите диаграмму состояния железо-углерод, укажите параметры основных точек, структуру сплава в каждой области. Кратко опишите, что собой представляет феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит. Опишите, какие процессы произойдут со сплавом с заданным процентом содержания (2,6%С ) углерода при медленном охлаждении его от 1000 0С до 20 0С. Какие структуры имеет сплав в точках 1150 и 650? Объясните, какое практическое значение имеет диаграмма состояние железо – углерод.
Задача 34. Объясните, как маркируются по ГОСТу инструментальные углеродистые стали. Расшифруйте марки сплавов: ВСтЗ; Р14Ф4; 60С2ХФА; БрОЦС-5-7-5.
Задача 51. Перечислите виды термической и химико-термической обработки сталей. Дайте определение структурам, получаемым при распаде аустенита (пластинчатый перли ...

Задача 17. Начертите диаграмму состояния железо-углерод, укажите параметры основных точек, структуру сплава в каждой области. Кратко опишите, что собой представляет феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит. Опишите, какие процессы произойдут со сплавом с заданным процентом содержания (2,6%С ) углерода при медленном охлаждении его от 1000 0С до 20 0С. Какие структуры имеет сплав в точках 1150 и 650? Объясните, какое практическое значение имеет диаграмма состояние железо – углерод.
Задача 34. Объясните, как маркируются по ГОСТу инструментальные углеродистые стали. Расшифруйте марки сплавов: ВСтЗ; Р14Ф4; 60С2ХФА; БрОЦС-5-7-5.
Задача 51. Перечислите виды термической и химико-термической обработки сталей. Дайте определение структурам, получаемым при распаде аустенита (пластинчатый перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит). Опишите отжиг первого рода углеродистой стали 0,2 % (до какой температуры необходимо производить нагрев, как и в какой среде производить охлаждение, какая структура будет после обработки).
Задача 93. Перечислите работы, выполняемые на станках сверлильной группы. Опишите инструмент, применяемый для обработки отверстий.
Задача 104. Дайте определение понятиям: шероховатость, допуск, квалитет, посадка. Опишите сущность посадок в системе отверстия и в системе вал, как обозначают поля допусков, какие поля обеспечивают посадки с зазором, с натягом и переходные. По рис. определите обозначение шероховатости на двух чертежах. Опишите смысл обозначений.
Список литератур

Задача 17. Начертите диаграмму состояния железо-углерод, укажите параметры основных точек, структуру сплава в каждой области. Кратко опишите, что собой представляет феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит. Опишите, какие процессы произойдут со сплавом с заданным процентом содержания (2,6%С ) углерода при медленном охлаждении его от 1000 0С до 20 0С. Какие структуры имеет сплав в точках 1150 и 650? Объясните, какое практическое значение имеет диаграмма состояние железо – углерод.
Задача 34. Объясните, как маркируются по ГОСТу инструментальные углеродистые стали. Расшифруйте марки сплавов: ВСтЗ; Р14Ф4; 60С2ХФА; БрОЦС-5-7-5.
Задача 51. Перечислите виды термической и химико-термической обработки сталей. Дайте определение структурам, получаемым при распаде аустенита (пластинчатый перли т, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит). Опишите отжиг первого рода углеродистой стали 0,2 % (до какой температуры необходимо производить нагрев, как и в какой среде производить охлаждение, какая структура будет после обработки).
Задача 93. Перечислите работы, выполняемые на станках сверлильной группы. Опишите инструмент, применяемый для обработки отверстий.
Задача 104. Дайте определение понятиям: шероховатость, допуск, квалитет, посадка. Опишите сущность посадок в системе отверстия и в системе вал, как обозначают поля допусков, какие поля обеспечивают посадки с зазором, с натягом и переходные. По рис. определите обозначение шероховатости на двух чертежах. Опишите смысл обозначений.
Список литератур

Возможность значительного повышения механических свойств с помощью термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, а также уменьшить размеры и вес детали. Перлит, сорбит, троостит являются структурами одной природы — механической смесью феррита и цементита и отличаются друг от друга лишь степенью дисперсности. С увеличением степени дисперсности пластин цементита растут твердость и прочность стали. Наибольшую пластичность имеют стали с сорбитной структурой. Троостит, образующийся при более низкой температуре превращения, характеризуется меньшей пластичностью (меньшими d и y ). Перлит, сорбит и троостит называют перлитными структурами.Перлитные структуры в зависимости от формы цементита могут быть пластинчатыми или зернистыми. Пластинчатые структуры образуются при превращении однородного (гомогенного) аустенита, а зернистые — неоднородного аустенита. В первом случае нагрев доэвтектоидных сталей должен производиться выше АС3, а заэвтектоидных — выше Аcm. Соответственно для получения зернистых структур нагрев должен производиться ниже АС3 (Аcm).Таким образом, дисперсность перлитных структур определяется степенью переохлаждения, а форма цементита — гомогенностью исходного аустенита.Ниже температуры минимальной устойчивости распад аустенита протекает в упругой среде, и выделение феррита и цементита сопровождается возникновением значительных напряжений. В таких условиях новой фазе легче расти игольчатой или пластинчатой форм очень малых размеров из-за малой скорости диффузии.Структура эта называется бейнитом или промежуточной структурой и в рассматриваемой стали может получится только при изотермической выдержке. Различают верхний и нижний бейнит. Верхний бейнит образуется при температурах чуть ниже перегиба кривых и имеет твердость около 450НВ, нижний образуется чуть выше начала образования мартенсита (Мн) и имеет твердость около 550НВ. Если скорость охлаждения достаточно велика и проходит левее максимума, то образуется структура закалки (М+Аост.).Скорость охлаждения касательная к максимуму называется верхней критической скоростью закалки(Yвкз).Мартенсит при нагреве распадается на феррито-цементитную смесь. Это превращение протекает в несколько этапов и зависит от температуры нагрева.При температурах 150-2000 уменьшается степень искаженности решетки мартенсита (тетрогональность решетки) за счет уменьшения в ней углерода, который начинает выделяться в виде карбида близкого по составу к Fe2C. Этот карбид еще недостаточно обособлен, и его решетка тесно связана с решеткой мартенсита. Такая структура называется мартенситом отпуска.При 200-3000 мартенсит еще более теряет свою тетрогональность, карбиды более обосабливаются. Остаточный аустенит (в высокоуглеродистых сталях) также начинает распадаться на феррит и карбиды. Такую структуру называют бейнитом отпуска (в отличие от бейнита получаемого в изотермических условиях).При 300-4000 выделяются очень дисперсные карбиды Fe3C и существенно снижаются внутренние напряжения. Такая структура называется - тростит отпуска.При температурах выше 4000 происходит постепенное укрупнение цементита и феррита, однако, размеры их остаются все равно значительно меньше, чем при медленном охлаждении стали. Такая структура обладает хорошим сочетанием твердости, прочности и вязкости, и называется сорбитом отпуска.Основоположником теории термической обработки является выдающийся русский ученый Д. К. Чернов, который в середине XIX в., наблюдая изменение цвета каления стали при ее нагреве и охлаждении и регистрируя температуру «на глаз», обнаружил критические точки (точки Чернова). Основными видами термической обработки стали являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Отжиг. Отжигом называют операцию нагрева, выдержки при заданной температуре и охлаждения заготовок. Академик А. А. Бочвар дал определение двух родов отжига: отжиг первого рода — приведение структуры из неравновесного состояния в более равновесное (возврат или отдых, рекристаллизационный отжиг, или рекристаллизация, отжиг для снятия внутренних напряжений и диффузионный отжиг или гомогенизация); отжиг второго рода — изменение структуры сплава посредством перекристаллизации около критических точек с целью получения равновесных структур; к отжигу второго рода относятся полный, неполный и изотермический отжиги. Рассмотрим виды отжига применительно к стали.Возврат стали — нагрев до температуры 200—400 °С для уменьшения или снятия наклепа. При возврате наблюдается уменьшение искажений в кристаллических решетках у кристаллов и частичное восстановление физико-химических свойств.Рекристаллизационный отжиг (рекристаллизация) стали происходит при температуре 500—550 °С; отжиг для снятия внутренних напряжений — при температуре 600—700 °С. Эти виды отжига применяют для заготовок, обработанных давлением (прокаткой, волочением, ковкой, штамповкой). При рекристаллизационном отжиге деформированные вытянутые зерна становятся равноосными, в результате твердость снижается, а пластичность и ударная вязкость повышаются. Для полного снятия внутренних напряжений в стали нужна температура не менее 600 °С.Охлаждение после выдержки при заданной температуре должно быть достаточно медленным; при ускоренном охлаждении вновь возникают внутренние напряжения.Диффузионный отжиг применяют в тех случаях, когда в стальных заготовках имеется внутрикристаллическая ликвация. Выравнивание состава в зернах аустенита достигается диффузией углерода и других компонентов наряду с самодиффузией железа. В результате сталь становится однородной по составу (гомогенной), поэтому диффузионный отжиг называется также гомогенизацией.Температура гомогенизации должна быть достаточно высокой (1100 -1200 °С), однако нельзя допускать пережога и оплавления зёрен. При пережоге кислород воздуха окисляет железо, проникает в толщу его, в результате образуются кристаллиты, разобщенные оксидными оболочками. Пережжённые заготовки являются неисправимым браком.При полном отжиге понижаются твердость и прочность стали; этот отжиг связан с фазовой перекристаллизацией при температурах точек Ас1 и Ac3. В результате полного отжига структура стали становится близкой к равновесной, что способствует лучшей обрабатываемости резанием и штамповкой. Полный отжиг используют также как окончательную операцию термической обработки заготовок. Для полного отжига сталь нагревают на 30—50° выше температуры линии GSK и медленно охлаждают. Операция выполняется с охлаждением заготовок в печи при частичном подогреве, чтобы скорость охлаждения былa в пределах 10—100 °С/ч для легированной стали и 150—200 оС/ч для углеродистой стали.Отжиг в промышленности в большинстве случаев является подготовительной термической обработкой. Отжигу подвергают отливки, поковки, прокат. Понижая прочность и твердость, отжиг улучшает обработку резанием средне- и высокоуглеродистой стали. Измельчая зерно, снимая внутренние напряжения и уменьшая структурную неоднородность, он способствует повышению пластичности и вязкости по сравнению с соответствующими характеристиками, полученными после литья, ковки и прокатки. Отжиг в некоторых случаях, например, для многих крупных отливок, является окончательной термической обработкой, так как после него в изделиях практически отсутствуют остаточные напряжения и их деформация оказывается минимальной.Отжиг, при котором нагрев и выдержка металла производятся с целью приведения его в однородное (равновесное) состояние за счет уменьшения (устранения) химической неоднородности, снятия внутренних напряжений и рекристаллизации, называется отжигом первого рода.Характерная особенность этого вида отжига в том, что указанные процессы происходят независимо от того, протекают ли в сплавах при этой обработке фазовые превращения или нет. Поэтому отжиг I рода можно проводить при температурах выше или ниже температур фазовых превращений (критических точек А1 и А3). Этот вид обработки в зависимости от температурных условий его выполнения устраняет химическую или физическую неоднородность, созданную предшествующими обработками. Гомогенизация (диффузионный отжиг). Диффузионному отжигу подвергаются слитки легированной стали с целью уменьшения дендритной и внутрикристаллической ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлении, к хрупкому излому. Температура отжига - 1100 - 12000С. Выдержка не более 15 - 20 часов. После выдержки охлаждают до 800 - 8200С в печи, а далее на воздухе.В результате диффузионного отжига получается крупное зерно. Этот недостаток устраняется при последующей обработки слитка давлением или в процессе последующей термической обработки Рекристаллизационный отжиг. Под рекристаллизационным отжигом понимают нагрев холоднодеформированной стали выше температуры начала рекристаллизации, выдержку при этой температуре с последующим охлаждением. Снимает наклеп. Температура отжига для углеродистых сталей с 0,08 - 0,2 %С, чаще подвергаемых холодной деформации (прокатке, штамповке, волочению) , температура отжига находится в интервале - 680 - 7400С . Отжиг калиброванных прутков(холодная протяжка) их высокоуглеродистой легированной стали (хромистой, хромокремнистой) проводят при 680-7400С в течении 0,5 - 1,5 ч.Кроме рекристаллизации феррита при отжиге стали могут протекать коагуляция и сфероидизация цементита, при этом повышается пластичность , что облегчает обработку давлением.Задача 93. Перечислите работы, выполняемые на станках сверлильной группы. Опишите инструмент, применяемый для обработки отверстий.Сверление отверстий — широко распространенная операция в слесарном деле. Отверстия применяются для соединения деталей болтами, винтами, заклепками или другими крепежными деталями; получения и под последующее нарезание резьбы.Сверлением называется процесс образования отверстий в сплошном материале с помощью инструмента, называемого сверлом.Сверление применяется: для получения неответственных отверстий, невысокой степени точности и чистоты, например под крепежные болты, заклепки, шпильки и.т.д. Для получения отверстий под нарезание резьбы, применяется развертывание и зенкерование.Рассверливанием называется процесс увеличения диаметра отверстия при помощи сверла.Точность сверления может быть повышена благодаря тщательному регулированию станка, правильно заточенному сверлу или сверлением при помощи специального приспособления, называемого кондуктором.Рис 2 Рабочие движения при сверлении.При сверлении различают сквозные, глухие и неполные отверстия. Высококачественное отверстие обеспечивается правильным выбором приемов сверления, правильным расположением сверла относительно обрабатываемой поверхности и совмещением оси сверла с центром (осью) будущего отверстияПроцесс резания при сверлении может быть осуществлен при наличии двух рабочих движений режущего инструмента по отношению к обрабатываемой детали: вращательного движения и подачи (рис 2.).Для сверления обрабатываемую заготовку (деталь) неподвижно закрепляют в приспособлении, а сверлу сообщают два одновременных движения:1.вращательное - которое называется главным (рабочим) движением, или движением резания.2.поступательное направленное вдоль оси сверла, которое называется движением подачи.При сверлении под влиянием силы резания происходит отделение частиц металла и образование элементов стружки.Различают следующие способы и виды сверления: Сверление по разметке (для одиночных отверстий) По разметке сверлятся одиночные отверстия отверстия. Предварительно на деталь наносят осевые риски, затем кернят углубление в центре отверстия. Сверление осуществляют в два приема: сначала выполняют пробное сверление, а затем окончательное.Сверление глухих отверстий на заданную глубину осуществляют по втулочному упору на сверле. Многие сверлильные станки имеют механизмы автоматической подачи с лимбами, которые определяют ход сверла на заданную глубину.Сверление отверстий в плоскостях расположенных под углом производят следующим образом: сначала подготавливают площадку перпендикулярно оси просверливаемого отверстия (фрезеруют или зенкеруют), между плоскостями вставляют вкладыши, и подкладки, а затем сверлят обычным путем.Сверление точных отверстий: в этом случае сверление производят в два приема. Первый проход - сверлом диаметр, которого меньше на 1-3 мм диаметра отверстия. После этого отверстия сверлят в размер хорошо заправленным сверлом.Сверление отверстий небольших диаметров производят на станках повышенной точности соответствующими подачами или ультразвуковым и электроискровым способами.Сверление глубоких отверстий (глубина превышает диаметр сверла 5 и более раз). В зависимость от технологии различают сплошное и кольцевое сверление с применением специальных технологий. Для обработки точных отверстий со строгими требованиями по размерам прямолинейности осей, межосевым расстоянием, а также для образования отверстий больших диаметров применяют операцию расточки.Растачивание — процесс механической обработки внутренних поверхностей расточными резцами для увеличения их диаметра. Осуществляется при помощи, расточных металлорежущих станков. Сущность процесса расточки состоит: - в обработке отверстий больших диаметров.- в растачивании отверстий с выдержкой высокоточных размеров по величине, сносности, данной координате.- в сверлении отверстий без предварительной разметки по заданным координатам, обеспечивая большую точность межосевых расстояний и перпендикулярность отверстий.Растачивание производится расточными резцами. На расточной резец действуют сила резания, которую можно измерить.Это сила включает в себя три составляющие: тангенциальную, осевую и радиальную. Тангенциальная составляющая силы резания имеет наибольшее значение. Она направлена перпендикулярно передней поверхности пластины и обеспечивает отжим резца в вертикальной плоскости.Вторым по величине значением обладает осевая составляющая силы резания, но действует она параллельно оси оправки и, следовательно, не вызывает отжима. Радиальная составляющая силы резания направлена перпендикулярно оси оправки и вызывает отжим.Соотношение между этими в большой степени зависит от обрабатываемого материала, его твердости, условий резания и радиуса при вершине режущей пластины.Расчет отжима расточного резца важен, так как это определяет точность обработки отверстий.Станки сверлильной группы предназначены для обработки всех типов круглых отверстий и в редких случаях - многогранных отверстий.В зависимости от вида технологических операции, выполняемых на станках, а также степени автоматизации и специализации станка все металлорежущие станки подразделяются на 9 групп 132 вин.Сверлильные станки согласно классификации относятся ко второй группе (первая цифра в обозначении станка -2).Сверлильные станки делятся на три группы: универсальные (общего назначения), специализированные и специальные.Универсальные станки являются самой многочисленной группой в парке сверлильного оборудования. На них можно производить все технологические операции, характерные для обработки отверстий (сверление, нарезание резьбы, зенкерование, развертывание и т. д.). К универсальным относятся вертикально- и радиально-сверлильные станки.Все вертикально-сверлильные станки могут быть разделены на три группы: 1. станки легкие2. настольные с наибольшим диаметром сверления 3, 6 и 12 мм;3. средних размеров с наибольшим диаметром сверления 18, 25, 35 и 50 мм; 4. тяжелые станки с наибольшим диаметром сверления 75 мм.