Задание на контрольную работу

Работа выполняется письменно и после исправлений отмеченных преподавателем ошибок подлежит устной защите.

При оформлении работы нужно оставлять на каждой странице поля для замечаний преподавателя. Все задания переписываются в тетрадь. В конце выполненной работы следует привести список использованной литературы.

Контрольная работа состоит из двух пунктов.

Цель первого пункта - проверка знания студентами диаграммы состояния железо - цементит и умения пользоваться ею при определении равновесной структуры железоуглеродистых сплавов и назначении режимов термической обработки. Для ответа на приведенные ниже вопросы заданий необходимо на-рисовать диаграмму железо - цементит и указать фазы во всех областях диаграммы. В ряде случаев можно ограничиться соответствующей частью диаграммы, например, при выборе режимов термической обработки сталей достаточно рассмотреть “стальной угол” диаграммы. При ответе на вопросы нужно использовать рисунок диаграммы, анализируя состояние сплавов в различных ее областях.

Цель второго пункта - выработка навыков по выбору сплавов для изготовления изделий различного назначения (деталей машин и приборов, инструмента, конструкций) и рациональных технологий объемной и поверхностной упрочняющей обработки (термической, химико-термической и др.) этих изделий. Для выполнения заданий этой части работы необходимо освоить все темы дисциплины и уметь пользоваться учебной и (в отдельных случаях) специальной справочной литературой (список рекомендуемых изданий приведен на стр. 12...13).

Ответы на каждый вопрос задания должны быть обоснованными, четко указано, почему произведен выбор данной группы материалов, кон-кретной марки сплава, того или иного режима упрочняющей обработки и т. д.

Ниже описана примерная схема выбора материалов для различных изделий.

Отправной точкой являются, во-первых, назначение данного изде-лия, его конфигурация, размер; во вторых, условия работы. При их анали-зе необходимо учитывать величину и характер основных нагрузок (стати-ческие или динамические (ударные, циклические); поверхностные или объемные и т. д.), а также различные внешние факторы, влияющие на работу изделия (температура, химическая активность среды и контакти-рующего материала, наличие абразивных частиц в зоне контакта и др.).

Назначение и условия работы изделия определяют выбор того или иного класса материалов - инструментальных, конструкционных, а среди них, например, теплостойких, жаропрочных, коррозионностойких и т. п. Далее выбор может быть сужен, если учесть технологию изготовления из-делия, поскольку в данной группе сплавов обычно различают литейные и деформируемые (обрабатываемые давлением) материалы.

Для стальных закаливаемых изделий дополнительным ориентиром по выбору конкретного материала может служить также размер попереч-ного сечения детали. Это связано с тем, что в таких изделиях требуется, как правило, сквозная прокаливаемость, величина которой зависит от хи-мического состава и, следовательно, марки стали.

Следует далее помнить, что для получения оптимальных свойств большинство изделий подвергается объемной термической, а иногда, до-полнительно и поверхностной обработке. Во всяком случае, для ответст-венных изделий из легированных и качественных углеродистых сталей обязательной является термическая обработка, состоящая из закалки и от-пуска. Режимы закалки и отпуска выбираются исходя из марки (химиче-ского состава) стали и требований, предъявляемых к изделию по механи-ческим свойствам.

Помимо обеспечения необходимого комплекса служебных свойств при решении задачи необходимо учитывать экономический фактор - стоимость материала и технологии изготовления изделий.

Варианты заданий

Вариант 1

1. Определить по диаграмме железо - цементит, какие превращения совершаются в заэвтектоидной стали марки У10 и доэвтектическом чугуне при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Сопоставить эти превращения и указать окончательную структуру сплавов. Каково принципиальное отличие структуры чугуна от структуры стали, и как это отличие сказывается на механических и технологических свойствах этих сплавов?

2. 1. Коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания работают в условиях динамических нагрузок. Выбрать марку стали для изготовления коленчатых валов автомобильных двигателей и режим термической обработки, обеспечивающий оптимальное сочетание механических свойств. Назначить режим местной термической обработки для повышения износостойкости шеек валов. Указать структуру и примерную твердость в различных частях готового изделия.

Вариант 2

1. Определить по диаграмме железо - цементит температуры отжига сталей марок 40, У8 и У12. Какова температура нагрева этих сталей под закалку? Дать обоснование выбранным температурам нагрева сталей, описав структурные превращения в этих сталях при соответствующих режимах (и видах) термической обработки.

2. Выбрать марку стали для полуосей заднего моста автомобилей. Указать химический состав стали и роль легирующих элементов. Назна-чить режим термической обработки изделий, привести окончательную структуру и механические свойства стали.

Вариант 3

1. Определить по диаграмме железо - цементит превращения, совершающиеся в стали марки У8 при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Начертить диаграмму изотермического превращения аустенита для названной стали и показать на ней, как будут изменяться структура и свойства этой стали по мере ускорения охлаждения из аустенитной области. Какую структуру и свойства приобретет эта сталь, если скорость охлаждения из аустенитной области превысит критическую скорость закалки?

2. Выбрать марку стали для изготовления деталей передних (не ве-дущих) мостов грузовых автомобилей (балки передней оси, рычаги рулевого управления, рулевые тяги). Привести химический состав, указать влияние отдельных элементов на свойства стали. Назначить режим термической обработки, привести окончательную структуру и механические свойства стали.

Вариант 4

1. Определить по диаграмме железо - цементит, какие превращения совершаются в стали марки 40 при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры и окончательную структуру этой стали. Какую структуру будут иметь изделия из этой стали после закалки с температур 740 °С и 840 °С? Какой из указанных вариантов закалки следует выбрать для обеспечения более высоких эксплуатационных характеристик изделий из этой стали и почему?

2. Ступицы колес большинства автомобилей отливаются из чугуна. По условиям работы ступиц материал должен обладать не только высокой прочностью (σ_В ≈ 350...370 МПа), но и достаточной пластичностью (δ ≈ 10...12 %). Выбрать марку чугуна. Описать технологию получения указанных деталей. Объяснить, как влияет температурный режим обработки отливок на их структуру и механические свойства.

Вариант 5

1. Определить по диаграмме железо – цементит, до какой области температур была нагрета сталь марки 45, если после закалки со скоростью выше критической ее структура состояла из феррита и мартенсита. Опи-сать превращения, которые совершились в стали при охлаждении, и ука-зать является ли выбранная температура нагрева стали удачной с точки зрения получения высоких механических свойств. Какова должна быть температура нагрева этой стали, чтобы при охлаждении со скоростью вы-ше критической ее структура не содержала феррита?

2. Сильно нагруженные (σ0,2 ≈ 900...1100 МПа) шестерни главных передач автомобилей и поворотных устройств подъемных кранов должны сочетать высокую поверхностную твердость (НRС 58...63 на глубине до 1,0...1,6 мм) и износостойкость с хорошей сопротивляемостью действию ударных нагрузок. Выбрать марку стали для таких шестерен, привести ее химический состав, объяснить назначение легирующих элементов. Указать способ упрочнения поверхности и режим термической обработки. Описать окончательную структуру и механические свойства в различных частях сечения изделий.

Вариант 6

1. Сталь марки 50 после одного вида термической обработки получила структуру феррит+пластинчатый перлит, после второго – мартен-сит+феррит и после третьего - мартенсит. Указать, какие виды термиче-ской обработки применены в каждом случае. Определить по диаграмме железо - цементит, до какой области температур была нагрета сталь при каждом виде термической обработки и указать, какие превращения она претерпела в процессе охлаждения в каждом из трех случаев.

2. Выбрать сталь (предел прочности не менее 1300 МПа) для изго-товления листовых продольных рессор автомобилей. Привести марку, химический состав, назначение легирующих элементов. Указать режим термической обработки, описать окончательную структуру и механические свойства стали.

Вариант 7

1. Определить по диаграмме железо – цементит, какие превращения совершаются в доэвтектическом белом чугуне какого-либо состава при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Ка-кова окончательная структура сплава? Назначить режим термической об-работки для превращения этого чугуна в ковкий чугун и указать, как из-меняются при этом свойства чугуна. Какова причина этих изменений?

2. Коленчатые и распределительные валы некоторых автомобильных двигателей отливают из чугуна высокой прочности (σ_В ≈ 500 МПа). Выбрать и расшифровать марку чугуна, описать его структуру и свойства. Указать способ получения таких чугунов, объяснить причину их высоких механических свойств. Предложить возможный режим термической обработки для улучшения механических свойств отливки.

Вариант 8

1. Определить по диаграмме железо - цементит, какие превращения совершаются в стали марки У12 при медленном охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры, привести окончательную структуру стали. Какую структуру будут иметь изделия из этой стали после закалки с температур 770 и 960 °С? Какой из указанных вариантов закалки следует выбрать для обеспечения более высоких эксплуатационных характеристик инструмента из этой стали и почему?

2. Выбрать марку стали для изготовления пружин подвески легко-вых автомобилей, а также опорных пружин вибрационных конвейеров. Привести химический состав, объяснить назначение легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, указать окончательную структуру и механические свойства стали. Предложить способ обработки, значительно увеличивающий срок службы пружин.

Вариант 9

1. При закалке инструмента из углеродистых сталей температура в печи оказалась завышенной на 150 °С по сравнению с оптимальной.

Показать оптимальный интервал закалочных температур на рисунке “стальной угол” диаграммы “железо-цементит”. Объяснить, как указанное нарушение режима закалки повлияет на структуру и свойства сталей марок У7, У10 и У13.

2. Иглы форсунок, плунжеры и гильзы топливной аппаратуры автомобильных двигателей должны иметь высокую поверхностную твердость (НV 1000...1100) и износостойкость. Выбрать марку стали, объяснить роль легирующих элементов. Назначить способ поверхностного упрочнения, учитывая, что эти детали не должны деформироваться в процессе упрочняющей обработки. Описать превращения, совершающиеся в стали в процессе упрочнения, ее окончательную структуру и свойства.

Вариант 10

1. Сталь марки У12 после одного вида термической обработки получила структуру пластинчатый перлит + вторичный цементит, после второго - мартенсит +остаточный аустенит, после третьего - мартенсит + остаточный аустенит + вторичный цементит. Указать, какие виды термической обработки применены в каждом случае. Определить по диаграмме железо- цементит, до какой области температур была нагрета сталь при каждом виде термической обработки и указать, какие превращения она претерпела в процессе охлаждения в каждом из трех случаев.

2. Некоторые шестерни редукторов автомобилей изготавливают из стали 58 (55ПП). Расшифровать марку, привести основные механические и технологические характеристики стали. Назначить режим термической обработки. Обосновать использование сталей этого типа, сравнив их со сталями, обычно применяемыми для подобных целей.

Дата добавления: 2015-09-05