Контрольная работа по Материаловедению
СОДЕРЖАНИЕ: Федеральное агентство по образованию РФ Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Тульский государственный университетФедеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Контрольная работа
по дисциплине: «Материаловедение»
Вариант 5
выполнил: студент группы 660262с
Бачев А.В.
проверил:
Тула 2009
Задание 1.
Режим термической обработки пружин из стали 70.
Температура закалки 800-1100 С
Охлаждающая среда вода или масло
Температура отпуска 420-520 С
При достижении температуры Ас1 в стали начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому по завершении превращения аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется время. Поскольку в каждой перлитной колонии зарождается несколько центров кристаллизации аустенита, превращение при температуре Ас1 сопровождается измельчением зерна стали. Число зарождающихся кристаллов аустенита возрастает с увеличением дисперсности перлита и скорости нагрева.
Закаленная на мартенсит сталь имеет невысокий предел упругости. Он заметно повышается при отпуске, когда образуется структура троостита. В этой структуре феррит из-за сильного фазового наклепа имеет высокую плотность малоподвижных дислокаций, которые блокируются карбидными частицами. Поэтому троостит отличается стабильной структурой. Так же обеспечивается повышение пластичности и вязкости, что важно для снижения чувствительности к концентраторам напряжений и увеличения предела выносливости.
Пружины и рессоры испытывают в работе многократные знакопеременные нагрузки и после снятия нагрузки должны полностью восстанавливать свои первоначальные размеры. Достаточно хорошей пластичности, высокими пределами упругости и выносливости и высокой релаксационной стойкостью, а при работе в агрессивных средах. Не менее важны для металла пружин и рессор также технологические свойства — малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию в процессе термической обработки, глубокая прокаливаемость, низкая критическая скорость закалки, малая чувствительность к отпускной хрупкости. Высокие свойства (максимальные пределы упругости и выносливости) пружины и рессоры имеют при твердости HRC 40—45 (структура—троостит), которая достигается после закалки (с равномерным и полным мартен ситным превращением по всему объему металла) и среднего отпуска при 400—500° С (в зависимости от стали). Охлаждают пружины в масле. Охлаждать пружины в воде во избежание появления трещин не рекомендуется. В случае необходимости закалки в воде выдержка должна быть не более 1—З сек, с последующим охлаждением в масле.
Перед отпуском пружины очищают от масла промывкой в содовом растворе или тщательной протиркой в опилках. Не удаленное с пружин масло при отпуске вспыхивает я изменяет условия отпуска, что приводит к неравномерному нагреву и заниженной твердости. Отжиг крайних витков производится в свинцовой ванне или же на точилах при их заправке.
Крупные пружины перед отпуском надевают на трубы для устранения коробления.
Задание 2.
Химический состав стали Р6М5: C: 0.82 – 0.9 % ; W: 5.5 – 6.5 %; Mo: 4.8 – 5.3 %; Cr: 3.8 – 4.4 % ; V: 1.7 – 2.1 %; Co:не более 0.5 %; S:не более 0.025 %; P: не более 0.03 %; Si: не более 0.5 %; Mn: не более 0.5 %; Ni: не более 0.4 %.
Сталь относится к инструментальным материалам (быстрорежущие стали).
Температура закалки – 1210-1230 С;
Температура отпуска – 540-560 С;
Охлаждающая среда – на воздухе или в масле;
По структуре быстрорежущие стали относятся к ледебуритному классу. В литом виде они имеют ледебуритную эвтектику, которую устраняют горячей деформацией путем измельчения первичных карбидов. При недостаточной проковке возникает карбидная ликвация – местное скопление карбидов в виде участков неразрушенной эвтектики. Карбидная ликвация снижает стойкость инструмента и увеличивает его хрупкость. Деформированную сталь для снижения твердости подвергают изотермическому отжигу. Структура отожженных сталей состоит из сорбитообразного перлита, вторичных и более крупных первичных карбидов. Общее количество карбидов составляет 22%. В карбидах содержится 80-95% процентов вольфрама и ванадия и 50% хрома.
Высокие эксплуатационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и трехкратного отпуска. Особенность закалки быстрорежущих сталей – высокая температура нагрева. Она необходима для получения теплостойкости – получения после закалки высоколегированного мартенсита в результате перехода в раствор максимального количества специальных карбидов. При температуре 1300 С достигается предельное насыщение аустенита – в нем растворяется весь хром, около 8% W, 1 % V и 0,4-0,5% C.
Быстрорежущие стали по структуре после нормализации относятся к мартенситному классу. После закалки достигается максимальная твердость(HRC 60-62). В процессе выдержки при отпуске из мартенсита и остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды М6С. Аустенит обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится мене устойчивым и при охлаждении ниже 200 С испытывает мартенситное превращение.
Задание 3.
Состав стали 110Г13 – примерно 1,1% С и 13% Mn.
Сталь относится к материалам, устойчивым к изнашиванию в условиях больших давлений и ударных нагрузок.
Высокая износостойкость стали обусловлена способностью аустенита к сильному деформационному упрочнению (наклепу).
Износостойкость стали 110Г13 максимальна, когда она имеет однофазную структуру аустенита. Такую структуру обеспечивают закалкой в воде, при температуре 1100 С. После закалки сталь имеет низкую твердость (НВ 2000) и высокую вязкость. Если такая сталь во время работы испытывает только абразивное изнашивание, то оказывается не износостойкой. В условиях же ударного воздействия в поверхностном слое стали образуется большое количество дефектов кристаллического строения (дислокаций, дефектов упаковки). В результате твердость поверхности повышается до НВ 6000, и сталь становится износостойкой.
Задание 4.
Состав сплава МЛ5 – 0,15-0,5% Mn; 0,2-0,8% Zn; 7,5-9% Al;
Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и способность воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки. При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623 С на воздухе легко воспламеняется. Это затрудняет плавку и разливку магния и его сплавов. Низкая пластичность магния при температуре 20-25 С объясняется тем, что в металлах с гексагональной кристаллической решеткой скольжение происходит только по базисным плоскостям. В связи с этим обработку давлением магния проводят при температуре 350-450 С в состоянии наибольшей пластичности. Достоинством магния является высокая удельная прочность 250-400 мПа. Механические свойства сплавов магния улучшаются при легировании алюминием, цинком, цирконием.
Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, легко шлифуются и полируются. Высокие скорости резания и небольшой расход энергии способствуют снижению стоимости обработки резанием деталей из магниевых сплавов по сравнению с другими сплавами. Они хорошо свариваются контактной, роликовой и дуговой сваркой.
К недостаткам магниевых сплавов, наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости, следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении. Плавку и разливку магниевых сплавов ведут под специальными флюсами.
Механические свойства при Т=20o
С материала МЛ5 .
| Сортамент |
Размер |
Напр. |
s в |
s T |
d 5 |
y |
KCU |
Термообр. |
| - |
мм |
- |
МПа |
МПа |
% |
% |
кДж / м2 |
- |
| 250-255 |
90-120 |
4-9 |
1.6-15 |
50 |
|
| Твердость материала МЛ5 , |
HB 10 -1 = 25 МПа |
Литейно-технологические свойства материала МЛ5 .
| Температура кристаллизации, °C : |
600 - 430 |
| Температура литья, °C : |
720 - 800 |
| Линейная усадка, % : |
1.1 - 1.3 |
Задание 5.
Полиуретаны являются универсальным материалом: на их основе изготавливают эластичные, полужесткие и жесткие материалы. Полиуретаны перерабатывают практически всеми существующими технологическими методами: экструзией, прессованием, литьем, заливкой на стандартном оборудовании. На их основе получают все известные типы полимерных материалов и изделий: наполненные, армированные, вспененные, ламинированные, листовые, в виде плит, блоков, профилей, панелей, волокон, пленок. Изделия из полиуретанов могут быть как прозрачные, так и окрашенные в разнообразные цвета.
Свойства полиуретанов
Полиуретановые эластомеры характеризуются высокими значениями прочности и сопротивления раздиру, износостойкостью, устойчивостью к набуханию в различных маслах и растворителях, а также озоно- и радиационностойкостью. Сочетание высокой эластичности с широким диапазоном твердости определяет превосходные эксплуатационные свойства изделий на их основе.
Особенность полиуретанов - исключительно высокие физико- механические свойства, по некоторым параметрам превосходящие не только все типы резин, каучуков, но и металлы. Полиуретан придает изделиям такие полезные свойства, которые недостижимы для обычных резин. Во-первых, это повышенное значение твердости, что позволяет использовать полиуретан для изделий, работающих с особо сильным механическим нагружением, например, для валов холодной прокатки или гибки стали. Во-вторых, непревзойденная износостойкость и абразивная стойкость. Литьевые полиуретаны превосходят резины, пластики и металлы по своей абразивной стойкости в несколько раз. В-третьих, при повышенной твердости полиуретан сохраняет высокую эластичность, предел деформации при разрыве обычно не менее 350%. Это обеспечивает очень высокое значение прочности- до 50 МПа. В условиях постоянной динамической нагрузки верхним пределом высокой температуры эксплуатации полиуретанов является 120С. Низкие температуры не оказывают особого влияния на свойства полиуретановых эластомеров до -70С.
Полиуретаны обладают высокими диэлектрическими свойствами, имеют отличную стойкость к маслам и растворителям, не склонны к озоновому старению, имеют высокую стойкость к микроорганизмам и плесени.
Применение полиуретанов
Наиболее широкое применение в промышленности получили литьевые полиуретановые эластомеры, из которых изготовляют как крупногабаритные изделия, так и изделия средних размеров: массивные шины для внутризаводского транспорта, надежность которых в 6-7 раз больше, чем шин из углеводородных каучуков; детали устройств для транспортирования абразивного шлама, флотационных установок, гидроциклонов и трубопроводов, применяемых в горнодобывающей промышленности. Литьевые ПУ эластомеры используют также для получения приводных ремней в ткацких машинах, конвейерных лент, разнообразных уплотнительных деталей, деталей машин, валиков для текстильной и бумажной промышленности, уплотнений гидравлических устройств и масляно-пневматических амортизаторов железнодорожного транспорта. ПУ термоэластопласты наиболее широко применяются в автомобилестроении. Из них изготавливают подшипники скольжения рулевого механизма, элементы для передней подвески, вкладыши рулевых тяг, самосмазывающиеся уплотнения, топливостойкие клапаны, маслостойкие детали. Благодаря своим ценным свойствам, применение полиуретана экономически выгодно в широком спектре отраслей промышленности, в том числе при производстве опорных элементов, уплотнительных колец, покрытий валов, колес и роликов.
Список литературы.
1. Арзамасов Б.А. Материаловедение.
2. Пейсахов А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов.
3. Зуев В.М. Термическая обработка металлов.
4. Тылкин М.А. Справочник термиста.