Министерство образования и науки Российской Федераций

Курганский государственный университет

Экономический факультет

Кафедра «Энергетики и технологий металлов»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: «Материаловеденье»

Вариант № 9

Выполнил: Турбанов Д И

Группа: ЭЗ-3717

Зачётная книжка: №377014

Проверил: профессор,

доктор тех. наук Афанаскин А. В.

Курган 2010

Оглавление

Введение

Практическое задание

Поверхностный наклеп. Назначение

Нормализация стали

Латунь – свойства, применение, маркировка

Заключение

Список испльзуемой литературы

Введение

В оглавлений контрольной работы отражены те вопросы и порядок их выполнения, которые были предложены к выполнению вариантом № 9, в частности, это один практический вопрос и три теоретических.

Выполнение практического задания состоит в расшифровке марок сталей.

При раскрытий первого теоретического вопроса мы назвали, что такое поверхностный наклеп и для чего он предназначен, привели краткий обзор методов осуществления поверхностного наклепа, и эффективность в виде количественной характеристики:

• для деталей с различными концентратами напряжений;

• для деталей различных размеров, конфигураций, условий эксплуатаций.

В заключений отметили экономическое свойство поверхностного наклепа.

При раскрытий второго теоретического вопроса мы отметили, что такое нормализация стали, ее назначение и какие метаморфозы претерпевает при этом сталь.

Рассмотрели зависимость структуры и твердости от скорости охлаждения. Показали регламентацию температурного режима при нормализаций.

В заключений рассмотрели при каких случаях нормализацию можно применять вместо других видов термической обработки стали.

Раскрывая третий теоретический вопрос мы отметили, что такое латунь и подробно рассмотрели зависимость механических свойств от типа кристаллической решетки, фаз сплава латуни. Выделили условия при которых получаются те или иные фазы.

Показали, как легирование сплава различными элементами влияет на растворимость цинка фазу сплава тип кристаллической решетки и тем самым влияет на количественные и качественные показатели механических свойств латуней.

Затронули вопрос о отжиге латуней т. е. для чего он нужен, какие температурные показатели нагрева и охлаждения и что происходит с кристаллической решеткой латуни.

Далее условно разделили все латуни на деформируемые и литейные. В нутрии каждой группы рассмотрели некоторые, наиболее распространенные марки латуней и привели характерные для них количественные данные характеристик и описание механических свойств, также рассмотрели область и условия применения.

Далее рассмотрели правила и примеры маркировки латуней в пределах двух раннее рассмотренных групп.

Практическое задание

Расшифрованние марок сталей.

Ст 4 кп Сталь 50 Ст 6 пс Сталь 15 Г У 8

18 ХГТ 12 Х 2 Н 4 30 ХГСН Р 12 11 ХФ

1. Ст 4 кп

1. Сталь углеродистая обыкновенного качества;

2. Конструкционная;

3. Кипящая;

4. Содержание углерода: С = 0,12 — 0,38 %;

5. Содержание серы: S = 0.05 %;

6. Содержание фосфора: P = 0,04 %;

1. Сталь 50

1. Сталь углеродистая качественная;

2. Конструкционная;

3. Содержание углерода: С = 0,50 %;

4. Содержание серы: S = 0.035 %;

5. Содержание фосфора: P = 0,030 %;

1. Ст 6 пс

1. Сталь углеродистая обыкновенного качества;

2. Конструкционная;

3. Полуспокойная;

4. Содержание углерода: С = 0,38 — 0,49 %;

5. Содержание серы: S = 0.05 %;

6. Содержание фосфора: P = 0,04 %;

1. Сталь 15 Г

1. Сталь легированная качественная;

2. Конструкционная;

3. Содержание углерода: С = 0,15 %;

4. Содержание марганца: Mn = 1 %;

5. Содержание серы: S = 0.035 %;

6. Содержание фосфора: P = 0,030 %;

1. У 8

1. Сталь углеродистая качественная;

2. Инструментальная;

3. Содержание углерода: С = 0,8 %;

4. Содержание серы: S = 0.028 %;

5. Содержание фосфора: P = 0,030 %;

1. 18 ХГТ

1. Сталь легированная качественная;

2. Конструкционная;

3. Содержание углерода: С = 0,18 %;

4. Содержание хрома: Cr = 1 %;

5. Содержание марганца: Mn = 1 %;

6. Содержание титана: Ti = 0,05 – 0,2 %;

7. Содержание серы: S = 0.035 %;

8. Содержание фосфора: P = 0,030 %;

1. 12 Х 2 Н 4

1. Сталь легированная качественная;

2. Конструкционная;

3. Содержание углерода: С = 0,12 %;

4. Содержание хрома: Cr = 2 %;

5. Содержание никеля: Ni = 4 %;

6. Содержание серы: S = 0.035 %;

7. Содержание фосфора: P = 0,030 %;

1. 30 ХГСН

1. Сталь легированная качественная;

2. Конструкционная;

3. Содержание углерода: С = 0,30 %;

4. Содержание хрома: Cr = 1 %;

5. Содержание марганца: Mn = 1 %;

6. Содержание кремния: Si = 1%;

7. Содержание никеля: Ni = 1 %;

8. Содержание серы: S = 0.035 %;

9. Содержание фосфора: P = 0,030 %;

1. Р 12

1. Сталь быстрорежущая (высококачественная);

2. Содержание вольфрама: W = 12 %;

3. Содержание углерода: С = 1 %;

4. Содержание серы: S = 0.018 %;

5. Содержание фосфора: P = 0,025 %

1. 11 ХФ

1. Сталь легированная (высококачественная);

2. Инструментальная;

3. Содержание углерода: С = 1,1 %;

4. Содержание хрома: Cr = 1 %;

5. Содержание ванадия: V = 0,05 –0,2 %;

6. Содержание серы: S = 0.018 %;

7. Содержание фосфора: P = 0,025 %

Поверхностный наклеп. Назначение

Поверхностный наклеп – уплотнение поверхностных слоев кристаллической решетки материала механическим путем и является эффективным средством повышения усталостной прочности деталей, работающих в условиях циклических нагрузок. Наклеп может осуществляться различными способами пластической деформации поверхностного слоя: дробеструйным и центробежным способами, обкатыванием роликами, чеканкой ударниками и т. д.

В частности, при дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большей скоростью направляют поток твердой дроби из белого чугуна диаметром 0,4...2 мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию металла на глубину 0,2...0,4 мм. При обработке роликами деформация осуществляется давлением ролика из твердого металла на поверхность обрабатываемого изделия. При усилиях на ролик, превосходящих предел текучести обрабатываемого материала, происходит наклеп на нужную глубину. Создание в поверхностном слое изделия остаточных напряжений сжатия повышает предел усталости и долговечность изделий при работе (pис. 1).

Благоприятное действие поверхностного наклепа неоднократно проверялось прямыми испытаниями образцов на усталостную прочность при различных способах циклического нагружения. Предел выносливости образцов, не имеющих конструктивных концентраторов напряжений (гладких), повышается в результате поверхностного наклепа на 25—40%.

Для деталей, имеющих конструктивные концентраторы напряжений в виде прессовых посадок, галтелей, выточек и т. п., поверхностный наклеп особенно полезен. Так, например, наличие напрессованной втулки снижает усталостную прочность образцов примерно вдвое. Обкатыванием удается значительно повысить усталостную прочность, а зачастую и полностью устранить вредное влияние напрессовки. В результате поверхностного наклепа на 60% повышается предел выносливости образцов с кольцевым надрезом, на 50% —образцов с поперечным отверстием, на 30—100%—ступенчатых образцов с галтелями малого радиуса.

Рис. 1. Кривые выносливости сталей до (сплошные линии) и после (пунктирные) дробеструйного наклепа.

Высокая эффективность поверхностного наклепа для образцов с концентраторами напряжений объясняется благоприятной ролью остаточных напряжений сжатия, возникающих при пластической деформации поверхностного слоя. Они позволяют в большой мере или даже полностью устранить вредное влияние концентраторов на прочность.

Большинство известных количественных характеристик эффективности поверхностного упрочнения получено при усталостных испытаниях образцов диаметром менее 100 мм. В последние годы, однако, проведен ряд экспериментальных работ, убедительно показавших высокую эффективность поверхностного наклепа и для образцов относительно крупных размеров.

Так, в ЦНИИТМАШ были испытаны на круговой изгиб образцы стали 40 диаметром 180 мм, обкатанные роликами и шариками по методике, разработанной совместно с Уралмашзаводом для упрочнения крупных деталей. Испытания проведены на резонансной машине У-200 при базе 10 миллионов циклов. Испытания показали, что предел выносливости гладких образцов повысился на 37% —с 20 до 27,5 кг/мм², образцов со втулкой на 200%— с 7 до 21 кг/мм² и ступенчатых образцов с галтелью радиусом 8 мм на 42% —с 13 до 18,5 кг/мм². В результате поверхностного наклепа прочность ступенчатых образцов почти достигла, а прочность образцов со втулкой даже! превзошла прочность гладких неупрочненных образцов.

Высокая эффективность поверхностного наклепа для крупных деталей подтверждается и данными, полученными непосредственно при эксплуатации упрочненных деталей. Эти данные важны ввиду ограниченного количества лабораторных средств для испытаний крупных образцов на усталость, большой длительности и высокой стоимости таких испытаний.

Особенно наглядно упрочняющий эффект проявляется для деталей, работающих в условиях ограниченной долговечности при напряжениях, превосходящих предел выносливости. Xapaктерный пример такого рода деталей — штоки штамповочных молотов.

Многократное увеличение долговечности получено при эксплуатации таких упрочненных деталей, как клапанные пружины, рессоры, торсионные валы, железнодорожные оси и т. п.

Однако данных, характеризующих эффективность поверхностного наклепа деталей диаметром более 2000—2500 мм, известно очень мало. В то же время в тяжелом машиностроении часто возникает необходимость упрочнения крупных деталей. Суждение об эффективности поверхностного упрочнения для деталей, имеющих диаметр 500 мм и более, может быть высказано на основании исследований пластической деформации поверхностного слоя и остаточной напряженности металла крупных деталей.

В настоящее время признается возможность эффективного упрочнения деталей практически любых размеров. Это утверждение основано, с одной стороны, на том, что современные методы обработки позволяют создать значительный по абсолютной величине наклепанный поверхностный слой металла, измеряемый десятками миллиметров, и, с другой—на возможности упрочнения деталей за счет относительно тонкого наклепанного слоя, составляющего по глубине 0,02—0,05 радиуса упрочняемой детали.

Например, обкатывание роликами с рабочим усилием 6000 кг дает толщину наклепанного слоя на крупных валах из углеродистой стали 10—14 мм и на легированных сталях 6—7 мм. Еще более эффективна чеканка мощными пневматическими ударниками с энергией удара 8 кг/м². Толщина наклепанного слоя при этом достигает 20 мм.

Глубина распространения благоприятных сжимающих остаточных напряжений несколько превосходит толщину наклепанного слоя, а величина их достигает высоких значений. Так, осевые остаточные напряжения в обкатанных валах диаметром 240 мм достигают в поверхностных слоях 75 кг/мм², а окружные 32 кг/мм² при глубине залегания 17—18 мм.

Специальное исследование, проведенное в ЦНИИТМАШ с образцами диаметром 5, 10 и 30 мм, показало, что, несмотря на проявление масштабного эффекта, заключающегося в понижении прочности с ростом размера образцов, относительная величина упрочнения обкатыванием остается одинаковой при сохранении геометрического подобия размеров упрочненного слоя. Однако еще ранее было показано, что даже значительное отступление от оптимальной глубины наклепа приводит к потере небольшой доли упрочняющего эффекта. Так, например, снижение рабочего усилия обкатывания на 60% вызывает понижение эффекта упрочнения лишь на 5%. Это подтверждается рядом более поздних исследований.

Даже в тех случаях обработки крупных деталей, когда применяемые режимы не позволяют рассчитывать на максимальный эффект, упрочнение все же, как правило, остается весьма значительным.