ПОлный комплек (Шпаргалки), страница 2

состава точки F. В результате образуется смесь двух фаз, которую называют

эвтектикой.

Термическая обработка - технологические процессы, состоящие из нагрева и

охлаждения металлических изделий и целью изменения их структуры и свойств.

Отжиг - термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают

структуру, близкую к равновесной.

Закалка - термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется

неравновесная структура.

Отпуск и старение - термические обработки, в результате которых в предварительно

закаленных сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к

равновесной.

2)Легированные низкоуглеродистые и среднеуглеродистые конструкционные стали. Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей, маркировка, упрочняющая обработка, применение.

Легирующие элементы вводят с целью повышения конструкционной прочности сталей. Первостепенное назначение легирования - обеспечение необходимой прокаливаемости. Прокаливаемость стали определяется ее химическим составом. Все легирующие элементы, кроме кобальта, повышают устойчивость переохлажденного аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для легирования обычно используют Mo, Mn, Cr, Si, Ni, V и микродобавки. Влияние л.э. на механические свойства стали зависит от ее структурного состояния, которое определяется термической обработкой.

1. После закалки на мартенсит и низкого отпуска свойства легированной стали определяются концентрацией углерода в мартенсите.

2. После закалки и высокого отпуска (улучшения) структура стали представляет собой сорбит - ферритно-карбидную смесь с зернистой формой карбидной фазы. Высокие механические свойства сорбита обусловлены влиянием л.э. на прочность феррита, а так же дисперсность и количество карбидной фазы.

Низкоуглеродистые легированные стали (0Л-0,3%С) используют в состоянии

наибольшего упрочнения, т.е. после закалки и низкого отпуска со структурой

низкоуглеродистого мартенсита или бейнита. Повышенные прочностные свойства

сочетаются у них с хорошей пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к

надрезам и высоким сопротивлением развитию вязкой трещины.

Хромистые стали 15Х, 20Х образуют группу дешевых сталей нормальной прочности.

Закаливают в масле на структуру троостита или бейнита.

Среднеуглеродистые легированные стали (0,3-0,5%С) приобретают высокие

механические свойства после термического улучшения - закалки и высокого отпуска

(500-650°С) на структуру сорбита. Улучшение этих сталей обеспечивает повышенный

предел текучести и сочетании с хорошей пластичностью и вязкостью, высоким

сопротивлением развитию трещины.

Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х относятся к дешевым конструкционным материалам. С

увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижается пластичность и

вязкость, повышается порог хладноломкости.

Хромникельмарганцеве стали ЗОХГСА, 35ХГСА содержат по 1% Cr, Мп и Si и

называются хромансилями. Это достаточно технологичные стали, нашли широкое

применение в автомобилестроении.

Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН обеспечивают высокий комплекс

механических свойств в деталях сечением 40-50 мм. Из-за присутствия никеля эти

стали, в отличие от хромистых, имеют более высокий температурный запас вязкости и

меньшую склонность к хрупкому разрушению.

Хромникельмолибденовые стали 40ХН2МА, 38ХНЗМА, 38ХНЗМФА, 18Х2Н4МА

относятся к глубокопрокаливаемым сталям. Относятся к мартенситному классу,

закаливаются на воздухе, мало склонны к хрупкому разрушению, применяются при

температурах до 300-400°С. Недостатки: высокая стоимость, плохо обрабатываются.

Билет5

1)Фазовый и структурный анализ диаграммы Fe-Fe^C. Влияние углерода на

механические и технологические свойства сталей.

Железо с температурой плавления 1539^СС имеет 2 модификации: а и у. Модификация Fe_K существует при температурах до 911°С и от 1392 до 1539°С, имеет ОЦК решетку. Модификация Fe_y существует при температурах от 911 до 1392°С, имеет ГЦК решетку. Переход Fea—>Fey происходит с изменением объёма (1%) Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. Феррит (Ф или 9Ј) - твердый раствор внедрения углерода в Fe^. Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите составляет 0,02%, в высокотемпературном -0,1%. Феррит - мягкая, пластичная фаза со следующими механическими свойствами: а_в = ЗООМПа; д = 40%; -ф = 70%;KCU = 2,5^; твердость 80 - 100НБ. Аустенит (А или х) - твердый раствор внедрения углерода в Fe_v. Он имеет ГЦК решетку. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (150-200НВ) при н.у.

Цементит (Ц) - карбид железа Fe₃ С, содержит 6,69% С и имеет сложную ромбическую

решетку. При н.у. цементит тверд (800НВ) и хрупок.

Ледебурит - эвтектическая смесь аустенита и цементита (4,3%С). При охлаждении

ледебурита до температур ниже линии SK входящий в него аустенит превращается в

перлит, и при 20-25°С ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. В

таком состоянии цементит образует сплошную матрицу, в которой размещается перлит.

Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердости (>600НВ) и

хрупкости. Перлит - эвтектоидная смесь феррита и цементита (0,8%С). Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и является прочной структурной составляющей:

а_в = 800 - 900МПа; a_0i2 = 450МПа; 5 < 16%;твердость- 180 - 220НБ

Железоуглеродистые сплавы разделяют на 2 группы: стали, содержащие до 2,14% С, и

чугуны.

2)Требования, предъявляемые к материалам для зубчатых колес. Выбор сталей и

их упрочняющей термообработки в зависимости от уровня требуемых свойств.

Основным эксплуатационным свойством зубчатых колес является контактная выносливость. Она определяет габаритные размеры зубчатой передачи и ресурс ее работы. Так же требуется сопротивление усталости при изгибе, износостойкость профилей и торцов зубьев, устойчивость к схватыванию. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют стали, имеющие твердый поверхностный слой, а так же вязкую и достаточно прочную сердцевину. Такое сочетание достигается химико-термической обработкой низкоуглеродистых сталей или поверхностной закалкой среднеуглеродистых сталей.

Для зубчатых колес, работающих при высоких контактных нагрузках, применяют цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали.

Сильно нагруженные зубчатые колеса диаметром 150-600мм и более изготавливают из хромоникелевых сплавов 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА и др. Для менее нагруженных колес применяют хромистые стали 15Х, 15ХФ, 20ХР и др. Азотирование гарантирует высокую твердость поверхности, но из-за небольшой толщины упрочненного слоя возможны подслойные разрушения. Азотирование целесообразно применять для средненагруженных зубчатых колес сложной конфигурации, шлифование которых затруднено. Для азотированных колес используют стали 38Х2МЮА, 40Х, 40ХФА и др.

Поверхностной и объемной индукционной закалке с последующим низким отпуском подвергают зубчатые колеса малых и средних размеров из сталей с содержанием углерода 0,4-0,5%.

Зубчатые колеса, работающие при невысоких нагрузках, изготавливают из сталей 40, 50, 40Х, 40ХН и др. после нормализации и улучшения.

Билет6

1. Формирование структуры литых металлов. Влияние скорости охлаждения на величину зерна. Модифицирование.

Первичная кристаллизация – переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры.

Вторичная кристаллизация – образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе.

Кристаллизация происходит в том случае, если термодинамический потенциал вещества в твердом состоянии будет меньше термодинамического потенциала в жидком состоянии.

Степень переохлаждения – разница между равновесной и реальной температурой кристаллизации. Степень переохлаждения зависит от природы металла. Она увеличивается с повышением чистоты металла и ростом скорости охлаждения.

Зависимость числа зародышей кристаллов и скорости их роста от степени переохлаждения. При T₁ – число зародышей мало, скорость роста отлична от нуля. В результате кристаллы вырастают до крупных размеров. При T₂ – число зародышей резко возрастает, скорость роста увеличивается, но кристаллы из-за большого количества не успевают вырасти до крупных размеров (структура из мелких кристаллов).Чем мельче кристаллы в структуре металла, тем выше прочность и твердость, меньше пластичность. Для малых объемов металла T можно изменять за счет изменения скорости охлаждения.Модифицирование – технологическая операция, применяемая для измельчения структуры металлов и сплавов. Она состоит во введении в жидкий сплав перед разливкой специальных добавок – модификаторов. В качестве модификаторов используют поверхностно-активные вещества (в сталях бор, в алюминии натрий), а так же элементы, образующие тугоплавкие тонкодисперсные частицы (титан, цирконий в алюминии и его сплавах; алюминий, титан в сталях).

Строение металлического слитка.

Зона I: Высокая скорость охлаждения. Структура – мелкие, равноосные кристаллы.

Зона II: Быстрое охлаждение, большая разность температур, мелкие кристаллы, растущие навстречу оттоку тепла. Игольчатые (столбчатые) дендриты.

Зона III: Центральная часть слитка. Медленное охлаждение. Форма кристаллов: крупные, равноосные. Чем ближе к центру, тем больше содержание вредных примесей. Примеси можно удалить механически,

Зона IV: В верхней части слитка, концентрируется наибольшая часть легких примесей (шлаки), газовых пузырей, трещин, раковин, и т. д. После изготовления эту часть удаляют.Наиболее качественными являются слитки с одинаковой структурой кристаллов по всему объему.Зональная ликвация – химическая неоднородность по отдельным зонам слитка.Зона ликвации – химическая неоднородность по отдельным зонам слитка. Она отрицательно влияет на механические свойства.Дендритная ликвация – характеризуется неодинаковым химическим составом по сечению зерна.

2)Химико-термическая обработка сталей. Цементация, азотирование, нитроцементация. Режимы, назначение, достоинства и недостатки.

Химико-термическая обработка – технологические процессы, приводящие к диффузионному насыщению поверхностного слоя деталей различными элементами.

В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура.

Различают 3 стадии процесса ХТО:

1. Протекают химические реакции в исходной (окружающей) среде, в результате образуются активные диффундирующие элементы.

2. Диффундирующие элементы усваиваются насыщаемой поверхностью металла – происходит адсорбция.

3. Диффузионное проникновение элемента вглубь насыщаемого металла, которое сопровождается образованием твердых растворов или фазовой перекристаллизацией.

Цементация – технологический процесс диффузионного насыщения углеродом. Происходит при температуре 910-930 .

Обычно после цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. В итоге концентрация углерода на поверхности составляет 0,8-1%, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами. Твердость поверхности равна 750-950НВ. Сердцевина детали остается вязкой.

Азотирование – процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин. Происходит при температуре 500-600 .

До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке, после азотирования детали шлифуют или полируют.