Контрольная работа по «Материаловедению»

     Федеральное 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=20^oС материала МЛ5 .

 

 
 
 
 
Литейно-технологические  свойства материала  МЛ5 .

 
 

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.