МУ по контр. .раб НД для бакалавр. по материаловеден Бабюк


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ государственный НЕФТЕГАЗОВЫЙ университет»
Филиал ТюмГНГУ в г. Нижневартовск
Кафедра общетехнических дисциплин
мАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания по выполнению контрольных работ
по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
для студентов направления 131000.62 «Нефтегазовое дело»,
заочной формы обучения
\\
Составитель Г.Ф. БабюкТюмень
ТюмГНГУ2013
Утверждено на заседании кафедры "Общетехнических дисциплин"
протокол №2 от 1 ноября 2013г.
Составитель Г.Ф. Бабюк\\
© Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный
нефтегазовый университет", 2013 г.
Содержание
Введение..................................................................................................... 4
1. Цели и задачи дисциплины....................................................................... 4
2. Место дисциплины в структуре ООП...................................................... 4
3. Требования к результатам освоения дисциплины.................................. 5
3.1.Результаты освоения дисциплины..................................................... 5
4. Особенности изучения дисциплины........................................................ 7
5. Тематика и требования к контрольным работам 8
6. Методические указания для изучения материала................................. 12
6.1. Материаловедение.............................................................................. 12
6.1.1. Строение и свойства металлов....................................................... 12
6.1.2. Пластическая деформация. Влияние нагрева на структуру
и свойства деформированного металла.................................... 12
6.1.3. Железо и его сплавы........................................................................ 13
6.1.4. Основы термической и химико-термической обработки стали.. 16
6.1.5. Стали и сплавы специального назначения.................................... 18
6.1.5.1. Примерная схема (последовательность) выбора материалов
для изделий различного назначения........................................... 19
6.1.6. Цветные металлы и сплавы............................................................. 22
6.1.7. Неметаллические материалы и композиционные материалы..... 23
6.2. Технология конструкционных материалов...................................... 24
6.2.1. Основы металлургического производства.................................... 24
6.2.2. Технология литейного производства............................................. 24
6.2.3. Технология обработки металлов давлением................................. 25
6.2.4. Технология сварочного производства........................................... 25
6.2.4.1. Ручная дуговая сварка.................................................................. 26
6.2.5. Электрофизические и электрохимические методы
Обработки......................................................................................... 28
6.2.6. Изготовление деталей из порошковых,
неметаллических и композиционных материалов....................... 28
7. Примеры решения типовых задач............................................ 28
8. Задания для контрольных работ №1 «Материаловедение»................... 47
9. Задания для контрольных работ №2 «ТКМ».......................................... 65
Перечень рекомендуемой литературы................................................... 76
Перечень рекомендуемых ГОСТов....................................................... 77
Приложение ............................................................................................. 78
Введение
1. Цели и задачи дисциплины:
Учебная дисциплина «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» изучает методы получения материалов, устанавливает закономерности зависимостей свойств материалов от химического состава, структуры, способов обработки и условий эксплуатации, и изучает технологические процессы машиностроительного производства изготовления из материалов заготовок, деталей и изделий.
Цель:
изучение природы и свойств машиностроительных конструкционных материалов;
методов изменения этих свойств с целью улучшения эксплуатационных характеристик изделий, используемых в технике;
изучение современных и новых способов получения, обработки и переработки металлических и неметаллических материалов.
Задачи:
вскрыть физическую сущность явлений, происходящих в МКМ при воздействии на них многочисленных технологических и эксплуатационных факторов;
установить зависимость между составом, строением и основными свойствами материалов;
изучить теорию и практику производства и технологической переработки МКМ, обеспечивающих высокую надежность и долговечность конструкций;
изучить основные процессы и методы горячей и холодной обработки конструкционных материалов.
выработать навыки выбора машиностроительных конструкционных материалов с учетом конкретных условий работы машин и агрегатов.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «Материаловедение и ТКМ» относится к профессиональному циклу дисциплин базовой части.
Для полного усвоения данной дисциплины студенты должны знать следующие разделы ФГОС: математика, физика, химия, начертательная геометрия.
Знания по дисциплине «Материаловедение» необходимы студентам данного направления для усвоения знаний по следующим дисциплинам: электротехника, метрология, квалиметрия и стандартизация, основы технологии машиностроения, коррозия и защита от коррозии, прочностная надежность нефтегазового оборудования, трубопроводостроительные материалы, технологическая надежность газонефтепроводов.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
общекультурные компетенции (ОК)
ОК-1 обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути ее достижения
ОК-4 быть готовым к кооперации с коллегами, работе в коллективе
ОК-9 стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства
профессиональные компетенции (ПК)
ПК-1 самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии
ПК-2 использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования
ПК-4 владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, работать с компьютером как средством управления информацией
ПК-6 применять процессный подход в практической деятельности, сочетать теорию и практику
ПК-9 оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности технологических процессов в нефтегазовом производстве
ПК-17 изучать и анализировать отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по направлению исследований в области бурения скважин, добычи нефти и газа, промыслового контроля и регулирования извлечения углеводородов на суше и на море, трубопроводного транспорта нефти и газа, подземного хранения газа, хранения и сбыта нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов
ПК-21 осуществлять сбор данных для выполнения работ по проектированию бурения скважин, добычи нефти и газа, промысловому контролю и регулированию извлечения углеводородов на суше и на море, трубопроводному транспорту нефти и газа
3.1. Результаты освоения дисциплины
Знает:
основные классы современных материалов, их свойства и области применения;
принципы выбора материалов и способы их обработки;
особенности этапов жизненного цикла материалов и изделий из них;
закономерности структурообразования, фазовые превращения в материалах;
влияние структурных характеристик на свойства материалов;
закономерности и практические способы воздействия на механические свойства металлических сплавов путем изменения их химического состава и структуры;
классификацию, маркировку, механические свойства, режимы упрочняющей термической обработки и области применения сталей.
Умеет:
выбирать материал для заданных условий эксплуатации с учетом требований технологичности, экономичности, надежности и долговечности изделий;
выбирать материалы для решения задач профессиональной деятельности;
определять физические, химические и механические свойства материалов при различных видах испытаний;
прогнозировать на основе информационного поиска конкретную способность материалов;
работать с учебной, апринеобходимости - научнойи
справочной литературой по материаловедению.
Владеет:
принципами выбора материалов для элементов конструкций и оборудования;
методами планирования и проведения измерительных экспериментов, выбора и использования методов обработки экспериментальных данных и оценки результатов эксперимента;
навыками определения механических свойств материалов, техники проведения экспериментов и статистической обработки экспериментальных данных.
4. Особенности изучения дисциплины
Учебная дисциплина «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» состоит из двух частей: «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов».
Материаловедение - это наука, изучающая взаимосвязь между составом, строением и свойствами материалов, применяемых в технике. Эта часть состоит из разделов: свойства и строение металлов; формирование структуры металлов и сплавов при кристаллизации; пластическая деформация; влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла; железо и его сплавы; основы термической и химико-термической обработки стали; стали, сплавы специального назначения; цветные металлы и сплавы; неметаллические материалы; композиционные материалы; порошковые материалы.
Главные трудности при изучении материаловедения:
1) Структура – ключевое понятие в материаловедении. Можно сказать, что под структурой понимается состав, размеры и форма, количественное соотношение и пространственное расположение составляющих материал частиц. В зависимости от размеров этих частиц и применяемых методов их выявления различают следующие уровни структуры:
– макроструктура (строение материала, видимое невооруженным глазом или с помощью лупы; размер объектов до 10-4 м, или 0,1 мм),
– микроструктура (строение материала, наблюдаемое с помощью оптического микроскопа; размер объектов до 10-7м, или 0,1 мкм),
– тонкая структура (строение молекул и атомов, расположение элементарных частиц в молекулах и кристаллах). Изучается с помощью рентгеноструктурного анализа, непосредственно наблюдается в электронном микроскопе. Размер объектов до 10-10м, или 0,1 нм.
В конце XX века появилось понятие наноструктуры. Это объекты в материале, имеющие величину от долей нанометра до 100 нм. (1 нм = 10-9 м.)
Правильное понимание того, о каком уровне структуры говорится в том или ином случае, совершенно необходимо.
2) Взаимосвязь между структурой и свойствами материала выражается следующей схемой:

Состав
СтруктураСвойстваПрименение
Технология
Обратите внимание на направленность этой взаимосвязи: от химического состава и технологии получения зависит структура материала, а структура, в свою очередь, определяет его свойства. Области применения одного и того же материала могут быть очень разнообразны, в зависимости от его структуры и свойств. Под «технологией» подразумевается не только то, как были получены размеры и форма изделия, но и его термическая обработка, вид поверхностного упрочнения (если оно применялось), степень очистки от вредных примесей и т. д.
Технология конструкционных материалов – дает знания о современных методах обработки материалов, т. е. о том, как получают заготовки и детали машин заданной формы и размеров. Данная часть «Технология конструкционных материалов» состоит из разделов: основы металлургического производства; технология литейного производства; технология обработки металлов давлением; технология сварочного производства; технология обработки металлов резанием; электрофизические и электрохимические методы обработки; изготовление деталей из порошковых, неметаллических и композиционных материалов.
Трудности при изучении технологии конструкционных материалов:
1) Это комплексная дисциплина, включающая технологии получения машиностроительной продукции и материалов для этой продукции, устройство применяемого оборудования и принципы его работы, характеристики получаемых изделий. Каждый раздел технологии оперирует своими собственными понятиями, имеет свою терминологию. Приходится запоминать множество терминов и понятий из разных областей техники, как исторически сложившихся, так и возникших в последние десятилетия; как имеющих русские корни, так и заимствованных из других языков.
2) Требуется хорошее пространственное воображение, чтобы по чертежам, приведенным в учебниках, или по эскизам, показанным преподавателем в ходе лекции, мысленно воспроизвести реальные движения в ходе обработки или представить изучаемый объект трехмерным.
3) Если у Вас нет никакого опыта работы на предприятиях машиностроительного профиля, то Вы не очень хорошо представляете себе структуру предприятия, взаимосвязь отдельных цехов и производств, место и роль каждой операции в технологическом процессе. Вам поможет:
самостоятельное ознакомление со структурой и управлением предприятием;
видеофильм;
ознакомительная экскурсия, если такая возможность есть.
5. Тематика и требования к контрольным работам
Согласно учебным планам для студентов-заочников направления: 131000 «Нефтегазовое дело», для закрепления знаний по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», предусмотрено выполнение контрольной работы.
Контрольная работа выполняют в письменном виде, в порядке ответов на поставленные вопросы варианта. Ответы должны быть краткими, точными, не повторяющими текст учебника или учебных пособий. Выполняя расчеты, вначале приведите буквенное выражение с указанием смыслового значения входящих в него параметров, а затем подставьте цифровые величины и выполните расчет с точностью до одного знака после запятой. Эскизы, схемы и чертежи должны выполняться в масштабе и иметь поясняющие подписи. На страницах текста заданий оставьте поля для замечаний рецензента.
Выполненную контрольную работу студент обязан выслать в филиал ТюмГНГУ г. Нижневартовска или представить на кафедру «Общетехнических дисциплин» за месяц до начала установочно-экзаменационной сессии.
Контрольная работа, выполненная не по соответствующему шифру, не засчитывается и возвращается студенту без проверки.
Получив контрольную работу с рецензией, студент обязан внести в контрольную работу все исправления и дополнения, указанные преподавателем. Если работа не зачтена, то внеся требуемые исправления (на отдельных листах), следует представить полностью всю работу для повторного рецензирования. После исправлений отмеченных преподавателем ошибок подлежит устной защите.
Экзамен принимается после зачтения контрольной работы.
Цель контрольной работы – помочь студенту освоить основные профессиональные компетенции, позволяющих решать производственные конструкторские и технологические задачи, связанные с оптимизацией выбора материалов и технологий изготовления и упрочнения изделий различного назначения.
Задание на контрольную работу сопровождается методическими указаниями.
Контрольная работа включает в себя две работы:
№ 1 «Материаловедение»
№ 2 «Технология конструкционных материалов»
Исходные данные студент выбирает в соответствии со своим учебным шифром (две последние цифры), если две последние цифры свыше 40, то от этой цифры отнимаете цифру 40.
Например:
если № шифра 00987667. Всего вариантов 40. Вы от 67 - 40 = 27, ваш вариант №27;
если №55556798. Всего вариантов 40. Вы от 98 - 40 -40 = 18, ваш вариант № 18.
если № шифра 009557617. Ваш вариант 17.
Перед выполнением контрольной работы Вам надо изучить соответствующие теоретические разделы дисциплины. Поэтому постарайтесь заранее обеспечить себя обязательной литературой, необходимой для выполнения контрольной работы.
Контрольная работа №1 «Материаловедение»
Цель первых двух вопросов работы - 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 эти два вопроса необходимо нарисовать 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.
Отвечая на вопрос 1, необходимо начертить диаграмму состояний «железо – карбид железа», провести на ней ординату, соответствующую заданному процентному содержанию углерода в сплаве. Точки пересечения с линиями диаграммы соответствуют критическим температурам, при которых в сплаве при медленном охлаждении (нагревании) происходят фазовые и структурные превращения. Рядом с диаграммой начертить кривую охлаждения (нагревания) данного сплава, показав связь критических точек углерода при заданной температуре.
Состав фаз и их процентное соотношение при заданной температуре определите, пользуясь правилом отрезков. Для этого через точку, лежащую на ординате сплава и соответствующую заданной температуре, проведите горизонтальную линию до соответствующих фазовых областей, определите и обозначьте крайние и заданную точки.
Цель третьего вопроса работы – выработка навыков по выбору материалов 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 в конце методички).
Ответы на каждый вопрос задания должны быть обоснованными, четко указано, почему произведен выбор данной группы материалов, конкретной марки сплава, того или иного режима упрочняющей обработки и т.д.
Цель четвертого вопроса работы требуют от студента знания маркировки, свойств и структуры различных сталей, чугунов, сплавов на основе цветных металлов и композиционных материалов, а также особенностей термической обработки углеродистой качественной конструкционной и инструментальной стали.
Отвечая на вопрос 4, необходимо привести полный химический состав и свойства рассматриваемого материала. Следует указать, какие именно легирующие элементы или их сочетания придают сталям требуемые свойства, например, повышенную прочность и вязкость, жаропрочность и т.д.; классифицировать стали по назначению, качеству, степени раскисления и структуре.
Маркировку, химический состав и механические свойства сплавов определяют по соответствующим ГОСТам: сталь углеродистую обыкновенного качества – по ГОСТ 380 – 88; сталь углеродистую качественную – по ГОСТ 1050 – 88; сталь углеродистую инструментальную – по ГОСТ 1435 – 86; легированные стали – по ГОСТ 801 – 87, 14959 – 79, 4543 –88, 5950 –85 и др.; серый чугун – по ГОСТ 1412 – 85; высокопрочный чугун – по ГОСТ 7293 – 85; ковкий чугун – ГОСТ 1215 – 86; латуни (сплавы меди с цинком) по ГОСТ 15527–70 и 17711–80; бронзы маркируются согласно ГОСТ 5017-74 (деформируемые) и ГОСТ 613-79 (литейные); алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые (ГОСТ 4784-74), литейные (ГОСТ 2685-75); титановые сплавы маркируются по ГОСТ 19807-74, а баббиты – по ГОСТ 1320-74 и 1209-73.
Цель пятого вопроса работы требуют от студента знания неметаллических материалов. К ним относятся различные пластмассы, пленки, волокна, резины, клеи и лакокрасочные материалы. При изучении их структуры необходимо обратить внимание на форму элементарных звеньев и расположение химических связей и звеньев молекул.

Контрольная работа №2 «Технология конструкционных материалов»
Данная работа состоит из пяти заданий:
первое - по разделу «Основы металлургического производства»
второе - по разделу «Технология литейного производства»;
третье - по разделу «Технология обработки металлов давлением»;
четвертое – по разделу «Электрофизические и электрохимические методы обработки. Изготовление деталей из порошковых, неметаллических и композиционных материалов;
пятое - по разделу «Технология сварочного производства». Необходимо разработать технологический процесс ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием в нижнем положении со стыковым соединением свариваемых элементов. Исходные данные для выполнения задания приведены в таблице №1 (страница 74).
В разделе 7 (примеры решения типовых задач) дана методика расчета основных параметров режима дуговой сварки.
Первые четыре задания выполняются в порядке ответов на поставленные вопросы. Ответы должны быть краткими, точными и не повторять текст учебника.
6. Методические указания для изучения материала
6.1. Материаловедение
6.1.1. Строение и свойства металлов
Материалы, используемые в народном хозяйстве можно условно разделить на две группы: металлы и металлические сплавы и неметаллы. Первую группу составляют чёрные и цветные металлы и сплавы. Железо и сплавы на его основе (чугун, сталь, ферросплавы) называют чёрными. На основе железа изготавливают около 95% всех конструкционных и инструментальных материалов. Это связано с большим содержанием его в земной коре, низкой стоимостью и высокими технологическими и механическими свойствами. Остальные металлы (медь, никель, алюминий, золото, серебро и т.д.) и сплавы на их основе относят к цветным. Это металлы со специальными свойствами: малая плотность, химическая инертность, низкая или высокая температура плавления и т.д.
Металлы являются кристаллическими телами, поэтому сначала необходимо изучить строение и свойства кристаллических тел, типы кристаллических решеток и расположение атомов в них. Однако свойства реальных кристаллов определяются известными несовершенствами кристаллического строения. Необходимо усвоить, какие бывают дефекты строения реальных кристаллов, и особенно разобраться в строении дислокаций (линейных несовершенств), причину их легкого перемещения в кристаллической решетке и влияния на механические свойства.
Термодинамические причины фазовых превращений являются одним из частных случаев общего закона природы: стремление любой системы к состоянию с наименьшим запасом энергии (в данном случае свободной энергии).
Уясните теоретические основы процесса кристаллизации, состоящего из двух элементарных процессов: зарождения и роста кристаллов, и влияния на эти параметры степени переохлаждения.
В процессе кристаллизации при формировании структуры литого металла решающее значение имеет реальная среда, а также возможность искусственного воздействия на строение путем модифицирования.
Нужно усвоить методику построения диаграмм состояния для различных случаев взаимодействия компонентов в твердом состоянии.
6.1.2. Пластическая деформация. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
Рассмотрите физическую природу деформации и разрушения. Уделите внимание механизму пластической деформации, ее влиянию на микро- и субмикроструктуру, а также на плотность дислокации. Уясните связь между основными характеристиками, строением и механическими свойствами.
Разберитесь в сущности явления наклепа и его практического использования. Необходимо знать сущность рекристаллизационных процессов: возврата, первичной рекристаллизации, собирательной (вторичной) рекристаллизации, протекающих при нагреве деформированного металла. Уясните как при этом изменяются механические, физико-химические свойства, размер зерна. Разберитесь, в чем различие между холодной и горячей пластическими деформациями.
6.1.3. Железо и его сплавы
Наибольшее применение в промышленности имеют сплавы железа с углеродом – стали и чугуны. Углерод оказывает решающее влияние на формирование структуры сплава.
Диаграмма состояния «Железо-цементит». На диаграмме Fe – Fe3C (см. приложение рис. 1) показаны характерные точки и линии. Линия АВСД (линия ликвидус) показывает температуру начала кристаллизации из жидкого сплава кристаллов твердой фазы. Линия АНJЕF (линия солидус) является температурной границей, ниже которой сплавы находятся только в твёрдом состоянии.
Выше линии АВСД все сплавы находятся в жидком состоянии и число степеней свободы С=К–Ф+1=2–1+1=2. Это значит, что сплавы можно нагревать и охлаждать, менять их концентрацию и они остаются жидкими в состоянии равновесия. Между линиями АВС и АНJЕС и линиями СD и CF сплавы двухфазны, состоят из твердой фазы и жидкости, и при этом число степеней свободы равно С = 2 - 2 + 1 = 1. Из вышеуказанного следует, что система в данных областях располагает одной степенью свободы и для сохранения ее равновесия можно менять лишь один фактор равновесия - либо температуру, либо концентрацию. Две фазы и одна степень свободы имеются также во всех других областях диаграммы, кроме аустенитной, где между линиями NJЕ и GSE система однофазна и располагает двумя степенями свободы С = 2 - 1 + 1 = 2. На горизонтальных линиях ECF и PSK система трехфазна и число степеней свободы С=2-3+1=0. На линии ECF при охлаждении образуется ледебурит, на линии PSK - перлит. Нулевая степень свободы на этих линиях обуславливает строго постоянные температуры при образовании ледебурита (1147 °С) и перлита (727 °С). Из таблицы 3 видно, что две фазы и одну степень свободы имеют все кривые линии и точки A, D, G, Q; три фазы и нулевую степень свободы - точки P, S, E, C; в точках К и F фазовых превращений нет.
Построения кривых охлаждения (нагрева) для железоуглеродистых сплавов с применением правила фаз. Научитесь пользоваться правилом фаз и отрезков и устанавливать фазовый состав сплава.
По диаграмме железо-цементит можно построить кривые охлаждения (нагревания). Для этого точки пересечения вертикали с линиями диаграммы, обозначающий сплав определенной концентрации, переносят на систему координат температура-время и строят кривую нагревания или охлаждения этого сплава. При построении кривой кристаллизации сплава руководствуются значениями вариантности системы в каждом из температурных интервалов. При этом интервалы с нулем степеней свободы изображаются в виде горизонтального отрезка, интервалы с одной или двумя степенями свободы – в виде наклонной линии. Причем линия, соответствующая интервалу с двумя степенями свободы, вычерчивается круче, чем с одной степенью свободы. Масштаб по горизонтали произвольный. Точки пересечения с кривыми линиями диаграммы соответствуют перегибам на кривых охлаждения и нагревания, а точки пересечения с горизонтальными линиями соответствуют площадкам на тех же кривых.
Химический состав фаз любого сплава системы можно определить с помощью каноды, а их количество - по правилу рычага.
При отыскании концентрации углерода в фазах в температурных интервалах, соответствующих двухфазным областям, следует применить правило отрезков: «Чтобы определить концентрацию компонентов в фазовых составляющих сплава, нужно через заданную точку двухфазной области провести коноду. Конодой называется горизонтальный отрезок, проведенный в двухфазной области диаграммы состояния и опирающийся своими концами на фазовые границы).
В настоящее время в промышленности используется более 1500 марок сталей. Необходимо изучить классификацию углеродистых сталей по структуре, качеству и степени раскисления. По химическому составу стали, подразделяются на углеродистые и легированные. А любой стали, присутствуют постоянные (Si, Mn, S, P) и скрытые (О2, N2, Н2) примеси. По содержанию углерода стали, бывают доэвтектоидные (С0,8%) структура «перлит + феррит», эвтектоидные (С0,8%) структура «перлит », и заэвтектоидные (0,8 С 2,14%) структура «перлит + цемент». В зависимости от степени раскисления расплава Si, Mn и Аl стали, имеют различную степень загрязнения и называются спокойными (С.П.), полуспокойными (П.С.) и кипящими (К.П.). Наличие в стали серы и фосфора является основным критерием оценки её качества.
В соответствии с ГОСТ 380 – 88 сталь углеродистую обыкновенного качества выпускают в виде проката (листов, прутков, и т.п.) в нормализованном состоянии и в зависимости от состава и свойств поставляют по группам А, Б, В. Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б или В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Степень раскисления обозначают добавлением индексов: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс», кипящих – «кп».
Стали группы А поставляют с гарантированными механическими свойствами. Химический состав не гарантируется. Стали группы А используются в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом.
Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом. Механические свойства не гарантируются. Стали этой группы предназначены для изделий, изготовляемых с применением горячей обработки (ковки, сварки и в некоторых случаях термической обработки), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких сталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режимов горячей обработки.
Стали группы В поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Их широко применяют для изготовления сварных конструкций. Механические свойства каждой марки стали группы В соответствуют нормам для аналогичных марок стали группы А, а химический состав – нормам для тех же номеров марок группы Б. Например, сталь ВСт4сп имеет механические свойства, аналогичные стали Ст4сп, а химический состав – одинаковый со сталью БСт4сп.
Низкоуглеродистые стали номеров 1 – 4 применяют для строительных конструкций, изготавливаемых сваркой и холодной деформацией. Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большей прочностью, предназначаются для изготовления валов, шкивов, шестерен и других деталей машин.
Углеродистые качественные стали поставляются в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Маркируются двузначными цифрами 05, 10, 15, 20, …, 60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050 – 88). Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10 % С, сталь 45 – 0,45 % С и т.п. Качественные стали находят многостороннее применение в машиностроении и приборостроении, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки они обладают широким диапазоном механических и технологических свойств.
Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435 – 86) поставляют после отжига на зернистый перлит с гарантией на химический состав и твердость. Их производят качественными У7, У8, У9, … , У13 и высококачественными У7А, У8А, У9А, …, У13А. Буква «У» в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента.
Инструмент из углеродистых сталей теряет твердость при нагреве свыше 250 0С. В связи с этим он пригоден для обработки сравнительно мягких материалов и при небольших скоростях резания или деформирования
Классификация и маркировка чугунов. Свойства, назначение и способы получения белых, серых ковких и высокопрочных чугунов. Серые чугуны по ГОСТ 1412 – 85 маркируются так: СЧ25, где СЧ – серый чугун, 25 – предел прочности при растяжении σв (250 МПа). Ковкие (ГОСТ 1215 – 86) и высокопрочные чугуны ГОСТ (7293 – 85) маркируются иначе: КЧ45 – 7 или ВЧ60, где КЧ – ковкий, а ВЧ – высокопрочный чугун, 45 или 60 – предел прочности при растяжении σв (450 или 600 МПа), 7 – относительное удлинение δ, %.
6.1.4. Основы термической и химико-термической
обработки стали
Термическая обработка производится путем теплового воздействия на сталь с целью изменения ее структуру и свойств. При нагреве до заданной температуры, выдержке и последующем охлаждении с определенной скоростью в стали происходят изменения, которые обуславливают те или другие ее свойства. Надо внимательно изучить превращения в стали при нагреве и охлаждении, стадии этих превращений. Важное значение имеет условие изотермического превращения аустенита, а также превращений, протекающих при непрерывном охлаждении стали с различными скоростями, с образованием ряда характерных структур (перлита, сорбита, троостита, мартенсита).
При многих видах термической обработки сталь нагревают до температур соответствующих существованию аустенита. Образование аустенита при нагреве является диффузионным процессом. При температуре 7270С перлит превращается в аустенит.

При невысоких температурах нагрева зерна аустенита мелкие. В результате повышения температуры зерно аустенита растёт. Однако склонность к росту зерна неодинакова у сталей, поэтому различают стали наследственно мелкозернистые и крупнозернистые. Продолжительный нагрев стали при температурах, значительно превышающих точки Ас3 или Асm приводит к образованию крупного зерна. Такое состояние называют, перегревом стали. Нагрев еще при более высоких температурах в окислительной среде вызывает пережог стали, который сопровождается образованием окислов железа по границам зерен. Пережог – неисправимый дефект стали. Величина зерна влияет на ударную вязкость и порог хладноломкости. Определение размера зерна проводится в соответствии с ГОСТ 5639-65.
Основными видами термической обработки являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Отжиг заключается в нагреве стали выше критической точки, выдержке и последующим медленным охлаждением. В результате отжига получают структуру перлит с ферритом или цементитом, и сталь приобретает высокую пластичность и низкую твёрдость. Различают следующие виды отжига: неполный, полный, изотермический, диффузионный и рекристализационный.
Нормализация стали это процесс нагрева выше критической точки Ас3 (Асm) с последующим охлаждением на воздухе. Получаемая структура – мелкопластинчатая перлитного класса (перлит, сорбит, троостит).
Закалкой называют нагрев стали выше точка Ас3 или Ас1 и последующее быстрое охлаждение (со скоростью выше критической). При охлаждении сталь приобретает структуру мартенсит и обладает высокой твёрдостью, прочностью и износостойкостью. Закалка не является окончательным видом термической обработки. В зависимости от температуры нагрева закалка бывает полной и неполной. По условию охлаждения закалку подразделяют на непрерывную, прерывистую, ступенчатую и изотермическую. Чтобы уменьшить напряжения, вызванные закалкой, и получить нужные механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.
Под отпуском понимают нагрев закалённой на мартенсит стали до температуры ниже точки Ас1 (7270С) с последующим охлаждением. В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяется на низкий (150 – 250оС), средний (300-450оС) и высокий (500-700оС). С увеличением температуры отпуска повышаются пластические свойства и снижается прочность стали.
Для грамотного назначения параметров термической обработки (температура и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения),с целью получения требуемых свойств стали, необходимо пользоваться диаграммами изотермического и термокинетического распада аустенита.
В результате закалки сталей с содержанием углерода более 0.6 % углерода, в структуре, наряду с мартенситом сохраняется и остаточный аустенит и наличие которого снижает твердость и прочность изделия. Для превращения остаточного аустенита в мартенсит сталь необходимо переохладить до более низких температур. Эту задачу выполняет процесс обработки стали холодом.
Для упрочнения длинномерных изделий в промышленности применяют термомеханическую обработку, заключающуюся в сочетании горячей пластической деформации и термической обработки.
Отливки из чугуна подвергают отжигу, нормализации, закалке с отпуском в зависимости от требований, предъявляемых к ним по структуре и твердости.
При изучении основ химико-термической обработки следует исходить из того, что процесс данного вида обработки состоит из выделения атомов насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. В большинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред. Поэтому нужно знать, наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химико-термической обработки и конечные результаты.
6.1.5. Стали и сплавы специального назначения
Нужно усвоить принципы маркировки легированных сталей и уметь по маркировке определить состав и особенности данной стали, а также иметь общее представление о разных группах стали.
Разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойств стали. Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализованном состоянии и, что особенно важно, по назначению). Выясните основные принципы выбора для различного назначения цементуемых; улучшенных, пружинно-рессорных, износостойких, высокопрочных, нержавеющих, жаропрочных и других сталей.
Легированные конструкционные стали выпускают качественные, высококачественные и особо высококачественные. Их, как правило, применяют после закалки и отпуска. В обозначении марок конструкционных легированных сталей цифра слева указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, последующие буквы и цифры свидетельствуют о наличии и примерном содержании (в процентах) легирующих элементов. Если количество легирующего элемента около 1 %, цифра за обозначением элемента не ставится. Например, сталь 20ХН3А в среднем содержит 0,20 % С, 1 % Cr и 3 % Ni. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особо высококачественные стали имеют в конце марки букву Ш, например, 30ХГС-Ш.
Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от назначения инструмента и в связи с этим рассмотрите эксплуатационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните причины их высокой красностойкости и особенности термической обработки.
Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования.
В инструментальных легированных сталях одна цифра в начале марки указывает на содержание углерода в десятых долях процента. При содержании в них 1 % или более начальную цифру опускают. Например, в стали ХВ4 содержится более 1 % С, около 1 % Cr и 4 % W.
Быстрорежущие стали – группа высоколегированных сталей, предназначенных для изготовления высокопроизводительно инструмента. Основное свойство этих сталей – высокая теплостойкость, которая обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами (Mo, V, Cr), а также кобальтом. Быстрорежущие стали обозначаются буквой Р, цифра после нее указывает содержание вольфрама – основного легирующего элемента в процентах. Содержание ванадия (20 %) и хрома, количество которого примерно 4 % во всех сталях, в марке не указывается. Стали, содержащие дополнительно молибден, кобальт или повышенный процент ванадия, имеют в марке соответственно букву М, К, Ф и цифры, показывающие их количество, например, Р10К5Ф5.
Твердые сплавы – материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, связанных кобальтом. В зависимости от состава карбидной основы твердые сплавы группируются.
Первую (вольфрамовую) группу составляют сплавы системы WC-Co. Они маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта. Сплавы этой группы применяют для изготовления режущего инструмента, используемого при обработке материалов, дающих прерывистую стружку (чугуна, цветных металлов).
Вторую группу (титановольфрамовую) образуют сплавы системы TiC-WC-Co. Они маркируются буквами Т, К и цифрами, показывающими содержание карбида титана и кобальта. Их наиболее широко применяют для высокоскоростного резания сталей.
Третью группу (титанотанталовольфрамовую) образуют сплавы системы TiC-TaC-WC-Co. Цифра в марке после букв ТТ обозначает суммарное содержание карбидов титана и тантала, а после буквы К – кобальта. От предыдущей группы эти сплавы отличаются большей прочностью и лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию. Они применяются для наиболее тяжелых условий резания (черновая обработка стальных слитков, отливок, поковок).
Специальные стали и сплавы – это материалы, обладающими особыми свойствами. Это магнитные, с заданным коэффициентом теплового расширения и электрическим сопротивлением, а также новые сплавы на основе титана, кобальта, тугоплавких металлов и др. Необходимо знать требования, предъявляемые к каждой группе сплавов, и их назначение. Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, электротехнических – с буквы Э, магнитотвердых – с буквы Е, автоматных – с буквы А.
Студент обязан уметь выбрать марку стали для инструмента различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки, объяснить сущность происходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства.
6.1.5.1. Примерная схема (последовательность) выбора материалов для изделий различного назначения.
1. Назначение изделия
Начинать нужно именно с назначения изделия (указывается в задании), поскольку оно сразу определяет тип материала. Все изучаемые в данном курсе материалы можно разделить по назначению на два основных типа – конструкционные, применяемые для широкого круга деталей машин, приборов, различного оборудования, и инструментальные. Инструментальными являются стали, классифицируемые по назначению инструмента, и твердые сплавы. Все остальные материалы можно считать конструкционными – это чугуны, стали (они также подразделяются на группы по назначению деталей) и сплавы цветных металлов.
Если в задании конкретизируется вид изделия, то это прямое указание на определенную группу сталей. Например, очевидно, что для фрез, метчиков, сверл нужно использовать стали для режущего инструмента, а для пружин – рессорно-пружинные стали.
Если требуется выбор материала для изделий «специфического назначения» (например, постоянных магнитов, сердечников трансформаторов, электронагревательных элементов и т.п.), то это, скорее всего, будут стали и сплавы с особыми свойствами.
Следующим важным этапом выбора материала является анализ условий работы изделия.
2. Условия работы изделия
а) Величина нагрузки и характер нагружения определяют требования по механическим свойствам; обычно они указаны в задании – чаще прочность (σ В или σ0,2) и твердость (HRC; НВ; НV).
Величина твердости зависит от содержания углерода в стали и вида (температуры) отпуска. Максимальной твердости 60…65 HRC соответствует низкий (≈200 °С) отпуск стали, содержащей ≥ 0,8 % С. Это инструментальные стали (для режущего, измерительного, холодноштампового инструмента) или цементованные низкоотпущенныедетали (из цементуемых низкоуглеродистых сталей), поверхностный слой которых содержит такое же количество углерода.
Величина прочности (σВ) в заданиях указывается обычно для ответственных (нагруженных) деталей, изготавливаемых из качественных углеродистых и легированных сталей, обязательно упрочняемых путем закалки и отпуска. Вспомним, что окончательная структура и свойства (в частности σВ) стали зависят от температуры отпуска. Стали применяемые для разных групп однотипных изделий, проходят присущий им вид отпуска (цементуемые - низкий, улучшаемые - высокий, рессорно-пружинные - средний виды отпуска). Он формирует необходимый комплекс механических свойств. Все сведения по химическому составу, режимам термической обработки и механическим свойствам основных групп конструкционных сталей обычно приводятся в учебной литературе в виде сводных таблиц (см., приложение)поэтому, если группа сталей по назначению определена, величина σВ поможет выбрать конкретную марку (и режим термической обработки) стали.
Характер нагружения также является подсказкой в выборе марки стали и режима термической обработки. Динамические (ударные) нагрузки способствуют охрупчиванию материала. Поэтому соответствующие детали должны обладать повышенной ударной вязкостью и пластичностью. Известно, что эти характеристики улучшаются с уменьшением содержания углерода в стали и повышением температуры отпуска. Отсюда для таких деталей (валы, рычаги, ответственный крепеж и т.п.) должны применяться стали с содержанием углерода не выше 0,3…0,5 % после высокого отпуска.
б) Особые условия работы
В основном это температура эксплуатации изделия и химическая активность окружающей среды – они определяют требования по особым физико- механическим свойствам.
Если в задании идет речь об эксплуатации нагруженных деталей машин при t > 600°С (например, лопатки турбин), то это жаропрочные легированные стали и сплавы.
Если требуется выбор материала для инструмента, нагревающегося при работе до t ≤ 600 °С, то это могут быть штамповые стали для горячего деформирования металла (молотовые штампы, пресс-формы для литья под давлением) либо теплостойкие быстрорежущие стали и твердые сплавы на карбидной основе (рабочая t = 800…900 °С),используемые для режущего инструмента.
Для изделий, работающих в химически агрессивных средах, очевидно, нужны коррозионностойкие (нержавеющие) стали.
3. Размер (сечение) изделия
Если в задании указан диаметр изделия, то речь идет о прокаливаемости стали – способности закаливаться (приобретать мартенситную структуру) на определенную глубину. Для большинства ответственных изделий требуется сквозная прокаливаемость. В углеродистых сталях она не превышает 10...12 мм. В легированных сталях прокаливаемость тем больше, чем выше суммарное количество легирующих элементов в марке. Поэтому конкретизировать выбор марки стали данной группы логично по величине прокаливаемости (определяется критическим диаметром Dкр), сведения о которой имеются в учебной литературе .
4. Технология изготовления изделия
Если в задании указана технология изготовления изделия – литье, обработка давлением, то это служит дополнительным ориентиром выбора материала.
Основным требованием к материалу, используемому для формования изделий методами обработки давлением (особенно холодной штамповки), является его высокая пластичность. Величина пластичности сталей падает с увеличением содержания углерода, поэтому в данном случае оптимален выбор конструкционных сталей обыкновенного качества и качественных с минимальным содержанием углерода.
Литейные свойства (главным образом жидкотекучесть, заполняемость формы) тем лучше, чем уже температурный интервал кристаллизации металла. Поэтому наилучшими литейными свойствами среди железоуглеродистых сталей обладают чугуны.
5. Экономичность
Главной целью выбора материалов является обеспечение необходимого комплекса эксплуатационных свойств (что обсуждалось выше), определяющих работоспособность изделий. Однако оптимизация выбора предполагает и учет экономического фактора. Особенно это важно в условиях массового производства изделий. Экономическая целесообразность выбора зависит не только от стоимости и доступности самого материала, но также экономичности технологий изготовления и упрочнения изделий и ряда других факторов. Очевидно, что в рамках контрольной работы задача оптимизации выбора материала по экономическим показателям не может быть решена.
6.1.6. Цветные металлы и сплавы
Алюминий, магний и их сплавы. Обратить внимание на основные преимущества алюминиевых и магниевых сплавов, связанные с их высокой удельной прочностью. Рассмотрите классификацию алюминиевых сплавов. Разберитесь в основах теории термической обработки (старение) алюминиевых сплавов.
Следует помнить, что принятые условные обозначения химических элементов для латуней, бронз, алюминиевых и других сплавов цветных металлов отличаются от условных обозначений, принятых для сталей.
Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые (ГОСТ 4784-74), литейные (ГОСТ 2685-75) и изготовляемые способом порошковой металлургии (ГОСТ 3882-74). Деформируемые сплавы, главным образом, относятся к системе Al – Cu – Mg. Важнейшими из них являются дуралюмины. Дуралюмины маркируются буквами Д или В, например, Д1. Важнейшие литейные алюминиевые сплавы, относящиеся к системам Al – Si и Al – Si – Cu, называются силуминами. Примерами таких сплавов являются соответственно АЛ2 и АЛ5.
Медь и ее сплавы. Изучите классификацию медных сплавов и уясните маркировку, состав, структуру, свойства и области применения разных групп медных сплавов.
Латуни (сплавы меди с цинком) по ГОСТ 15527–70 и 17711–80 маркируются буквой Л, за которой следует цифра, показывающая среднее содержание меди в сплаве. Например, Л85 – латунь с содержанием меди 85 %. В марках латуней кроме цифры, показывающей содержание меди, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах других элементов. Например, ЛЦ40С – латунь, содержащая 59 % Cu, 40 % Zn, 1 % Pb (литейная) или ЛА77-2 – латунь, содержащая 77 % Cu, 2 % Al (деформируемая).
Бронзы маркируются согласно ГОСТ 5017-74 (деформируемые) и ГОСТ 613-79 (литейные): БрОФ4 – 0,25, где Бр – бронза, О – олово, Ф – фосфор, а цифры – их процентное содержание в сплаве (деформируемая). Литейные, например, БрО5Ц5С5, где О – олово, Ц – цинк, С – свинец, а цифры – их процентное содержание в сплаве, остальное – медь.
Антифрикционные сплавы. Укажите, каким должно быть строение антифрикционных сплавов в связи с предъявляемыми к ним требованиями.
Титановые сплавы маркируются по ГОСТ 19807-74, а баббиты – по ГОСТ 1320-74 и 1209-73.
6.1.7. Неметаллические материалы и композиционные
материалы
Пластические массы. В основе пластических масс лежат полимеры. При изготовлении пластмасс наиболее часто применяются различного вида синтетические полимеры-смолы. В большинстве случаев смола используется как основная часть пластмассы, а для придания ей соответствующих физико-химических свойств в состав пластмассы вводят различные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и др.
В зависимости от строения молекул и изменения свойств при нагреве пластмассы разделяются на две группы: термопластические и термореактивные.
Нужно знать, какие пластмассы относятся к первой группе, а какие ко второй, а также знать примеры, наиболее распространенных термопластов и термореактивных материалов.
Резина. Как технический материал резина отличается от других материалов высокими эластичными свойствами, что связано со свойствами основы резины – каучука. Уясните состав резины, способы получения и влияние различных добавок на ее свойства, которые обусловили их применение в различных отраслях промышленности.
Стекло. Уясните сущность стеклообразного состояния как разновидности аморфного состояния вещества. Разберитесь в изменении свойств стекла в зависимости от состава. Рассмотрите стеклокристаллические материалы (ситаллы) и их отличие от стекла минерального. Уясните причины образования кристаллической структуры – ситаллов.
Керамика. При изучении керамических материалов обратите внимание на состав и классификацию. Разберитесь в свойствах керамики, областях ее применения.
Композиционные материалы. Обратите внимание на принципиальное отличие композиционного материала, заключающееся в сочетании разнородных материалов с четкой границей раздела между ними. В связи с тем, что композит обладает свойствами, которыми не может обладать ни один из его компонентов в отдельности, такие материалы становятся весьма перспективными в различных областях новой техники. Укажите свойства композитов в зависимости от вида материала и формы, размеров и взаимного расположения наполнителя.
6.2. Технология конструкционных материалов
6.2.1. Основы металлургического производства
Для более четкого представления о составе различных сталей и сплавов и их свойствах необходимо знать металлургические процессы, при которых они производятся. Изучить физико-химические основы металлургического производства. Знать условия получения стали в конверторах, мартеновских и электрических печах. Знать способы разливки стали. Ознакомиться с кристаллизацией стали в изложнице, несовершенством строения слитка, ликвационными процессами. В результате уяснить условия, не удовлетворяющие высокому качеству стали при традиционных методах производства. Изучить способы повышения качества стали: внепечные способы, электрорафинирующие переплавы.
6.2.2. Технология литейного производства
Следует ознакомиться с современным состоянием и значением литейного производства в машиностроении, уяснит, что этот вид производства является важнейшей заготовительной базой машиностроения. Необходимо уяснить основные преимущества получения литых деталей с точки зрения дешевизны по сравнению с другими способами и возможностями получать изделия самой сложной конфигурации из различных сплавов. При этом знать экологическое состояние в литейном производстве и потребности в сырье для изготовления форм.
Необходимо знать способы изготовления отливок: в песчаных формах; специальные способы литья. Технологические возможности специальные видов литья и области их применения.
Хорошо знать литейные свойства сплавов, технологические факторы, влияющие на литейные свойства сплавов. Влияние литейных свойств сплавов на качество отливок. Знать особенности изготовления отливок из чугуна, стали, медных, алюминиевых, тугоплавких сплавов.
Конструктор и технолог должен иметь представление об особенностях конструирования литых деталей. Должен учитывать литейные свойства сплавов, уровни напряжений в отливке, направленность затвердевания отливки, технологии изготовления литейных форм
6.2.3. Технология обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением является одним из прогрессивных способов формообразования. В процессе пластической деформации достигается не только получение заготовок и деталей сложной конфигурации при малых отходах, но существенно улучшаются свойства металлов.
Следует знать физические основы обработки металлов давлением, требования, предъявляемые к процессу нагрева заготовок.
Для того, чтобы использовать наиболее полно продукцию прокатного производства, нужно ознакомиться со способами получения машиностроительных профилей прокаткой, прессованием, волочением. Определиться понятиями профиля и сортамента.
Изучая данную тему, следует уяснить понятия горячей и холодной обработки давлением, какими явлениями они характеризуются. Изучить механизм пластической деформации.
Знать способы получения поковок ковкой, горячей штамповкой. Условия формирования высокого качества металла при ковке из слитков. Технологические возможности ковки. Разновидности горячей объемной штамповки в открытых и закрытых штампах. Прогрессивные малоотходные способы штамповки: выдавливанием, штамповкой в разъемных матрицах, поперечно-клиновой вальцовкой, ротационным обжатием.
Прежде всего, следует уяснить, что различают объемную и листовую холодную штамповку. Необходимо познакомиться с подготовительными, разделительными и формоизменяющими операциями (осадкой, высадкой, выдавливанием), процессами холодной штамповки с локальным деформированием.
Затем изучить сущность процесса и операции листовой штамповки. Способы резки и раскрой листового материала. Формоизменяющие операции холодной листовой штамповки: гибку, вытяжку, отбортовку, обжим, раздачу, рельефную формовку.
Познакомиться с отделочными и упрочняющими видами обработки давлением.
6.2.4. Технология сварочного производства
Необходимо уяснить физическую сущность процесса сварки. Сварка как процесс получения неразъемного соединения широко распространена и от уровня ее развития во многом зависит уровень технологии в машиностроении.
Рассмотреть классификацию способов сварки. Это позволит выбрать наиболее целесообразную технологию сварки в зависимости от рода металла и работы узла или конструкции. Знать термический класс сварки: дуговую, газовую, электрошлаковую, плазменную, электроннолучевую, лазерную. Термомеханический класс сварки: контактную, диффузионную. Механический класс сварки: холодную, трением, ультразвуковую, взрывом.
Рассмотреть особенности сварки различных материалов и сплавов. Иметь представление о свариваемости и дефектах сварных соединений. Для углеродистых и легированных конструкционных сталей, чугуна, сплавов меди и алюминия знать рекомендуемые способы и режимы сварки.
Необходимо большое внимание обращать на технологичность сварной конструкции, которая включает выбор материала, производительный и дешевый метод сварки, механизацию и автоматизацию процесса для получения качественного шва.
Изучая эту тему, следует уяснить сущность пайки и ее разновидности. Рассмотреть возможности нанесения износостойких и жаростойких покрытий. Знать виды наплавки и металлизации, их технологические возможности и области применения.
6.2.4.1. Ручная дуговая сварка
Электродуговой сваркой называется сварка плавлением, при которой нагрев свариваемых кромок осуществляется теплотой электрической дуги. Ручную дуговую сварку широко применяют в судостроении и судоремонте при соединении заготовок из сталей и цветных металлов благодаря ее универсальности и возможности выполнять процесс во всех пространственных положениях свариваемого шва.
Ручная дуговая сварка производится двумя способами: неплавящимся и плавящимся электродом. Второй способ, выполняемый плавящимся электродом, является основным при ручной дуговой сварке (рис. 1).
К электроду 1 и основному металлу 3 подводится постоянный или переменный ток от специального источника 10 и возбуждается электрическая сварочная дуга 6. Теплота дуги расплавляет стержень электрода и основной металл, образуется металлическая ванна 8. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 2, образуя защитную газовую атмосферу 7 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 9 на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковая ванна вместе создают сварочную ванну, которая, охлаждаясь, образует сварной шов 4. Жидкий шлак, остывая, создает на поверхности сварного шва твердую шлаковую корку 5.

Рис. 1. Схема ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием
- стержень электрода6 - электрическая дуга
- покрытие электрода7 - газовая защитная атмосфера
- основной металл8 - жидкая металлическая ванна
– сварной шов9 - жидкая шлаковая ванна
- твердая шлаковая корка 10 - источник тока
При разработке технологического процесса ручной электродуговой сварки, прежде всего необходимо правильно выбрать тип сварного соединения, который определяют взаимным расположением свариваемых элементов и формой подготовки (разделки) их под сварку.
ГОСТ 5264-80 устанавливает следующие основные типы сварных соединений: стыковые - условное обозначение С, нахлесточные - Н, тавровые - Т и угловые -У.
Расчет режимов ручной дуговой сварки
Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающую получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.
При ручной дуговой сварке основными параметрами режима являются:
Диаметр электрода, dэ, мм.
Сила сварочного тока, Iсв, А.
Напряжение на дуге, Uд, В.
Скорость сварки, Vсв, м/ч.
Дополнительными параметрами режима являются:
Род тока.
Полярность тока (при постоянном токе).
Швы стыковых соединений могут выполнятся с разделкой и без разделки кромок по ГОСТ 5264-80.
6.2.5. Электрофизические и электрохимические методы
обработки
Необходимо познакомиться с электрофизическими и электрохимическими методами формообразования поверхностей деталей машин. Знать физические и химические процессы, лежащие в основе этих технологических методов. Нужно иметь в виду, что в современном машиностроении и металлообработке все шире применяются материалы, обработка которых обычными методами либо затруднена, либо вообще невозможна.
6.2.6. Изготовление деталей из порошковых,
неметаллических, композиционных материалов
Необходимо знать особенность порошковой металлургии и область ее применения, перспективы развития. Знать технологические свойства порошков, значение подготовки порошков перед прессованием. Познакомиться с различными методами формообразования заготовок. Знать условия спекания изделий из порошков.
Необходимо уяснить методы получения заготовок и деталей из неметаллических материалов. Знать свойства пластмассы и резины, область применения. Рассмотреть технологию основных способов изготовления изделий из пластмасс путем прессования, экструзии, формовки, штамповки, сварки, резания. Изучить технологию изготовления изделия из резины путем прессования, литья под давлением, экструзии, наслаивая на форму.
Необходимо знать принципы создания и основные типы композиционных материалов, их характерные признаки. Изучить технологические особенности проектирования и изготовления деталей, дополнительной обработки и соединения композиционных материалов.
7. Примеры решения типовых задач
Задача 1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0° С (с применением правил фаз) для сплава, содержащего 0,8 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах при этой температуре; количественное соотношение фаз.
Решение:
Находим на оси концентраций диаграммы железо - цементит точку, определяющую состав заданного сплава – 0,8 % С и проводим вертикальную линию, которая пересекает данную диаграмму. Там где заданная линия пересекла линии диаграммы ставим точки (0-1-2-3). Рассмотрим, что будет происходить на диаграмме в заданных точках.
При охлаждении температуры от 1600С до 1485С понижение температуры расплава происходит равномерно. В точке 0 сплав находится в жидком (расплавленном) состоянии. При температуре 1485С (точка 1) начинается кристаллизация аустенита из жидкости. При t=1370С (точка 2) наблюдается окончание процесса кристаллизации. Весь расплав превращается в твердый аустенит. Закристаллизовавший аустенит равномерно охлаждается до температуры 727С (точка S на диаграмме). При этой температуре (точка 3) на кривой охлаждения появляется горизонтальная площадка, которая соответствует перекристаллизаций аустенита в перлит (эвтектоидное превращение). Сталь, имеющая структуру перлита, называют эвтектоидной. Ниже t=727С никаких изменений в структуре стали не наблюдается. Имеет место просто равномерное снижение температуры. Строение эвтектоидной стали при нормальной температуре пластинчатое, т.е. структура стали состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита.
Химический состав фаз любого сплава системы можно определить с помощью каноды, а их количество - по правилу рычага.
Выбираем между линиями ликвидус и солидус температуру 1425С. Для определения химического состава фаз сплава составао,0,8% С при температуре 1425С, проводим каноду XYZ.
Точка X характеризует твердую фазу (аустенит), а точка Z - жидкую фазу. Спроектировав их на ось концентраций, получим состав фаз – Х'-состав твердой фазы, а Z'!- жидкости при температуре 1425С сплава состава Y.
По диаграмме состояния определяем, что жидкая фаза содержит 1,7%, а твердая 0,6% углерода и представляет собой аустенит.
Правило рычага для определения количества равновесных фаз: отрезки каноды Х- Z между точкой, определяющей состав сплава Y и точками, определяющими составы фаз (Х, Z), обратно пропорциональны количеству этих фаз.
Qж/QА. = Х Y/ YZ,
где: Qж - количество жидкости; QА. - количество аустенита при температуре1425С, соответствующей точке Y.
Пусть в точке Y масса всего сплава составляет 100 г, тогда Qж/(100-Qж) = ХY/ХZ.


Подставляя значения отрезков в сплав, взятые из диаграммы состояния, можно определить количество жидкости, а затем и количество аустенита. Следует пользоваться значениями концентраций как координатами на числовой оси.
Qж= ХY /XZ*100% Qж= 0.2/1.1*100%=19%
QA= YZ / XZ *100%QA=0.9/1.1*100%=81%
Таким образом, при t=1425О сплавов содержит 81% твердой фазы (аустенита) и 19% жидкой фазы.
Задача 2. Расшифруйте марочный состав сплавов: У8; СЧ24. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
Решение:
Марка Расшифровка Характеристика. Механические свойства.
Область применения
СЧ 24 Серый чугун,
основа-Fe
σв = 240МПа,
HB 240 Относится к черным сплавам. Конструкционный серый чугун имеет в структуре графит пластинчатой формы и перлитную основу.
Химический состав: 3.2-3.4 %С; 1,4-2,2% Si; 0,7-1% Mn; 0,2%Р; 0,15% S.
Имеет хорошие литейные свойства. Применяется для ответственных отливок. В двигателестроении изготовляют: блоки цилиндров, распределительные валы, гильзы, головки, седла клапанов, поршневые кольца, направляющие втулки, диски сцепления, тормозные барабаны, картеры коробок скоростей и сцепления.
У8 Углеродистая инструментальная сталь с 0,8% С Относится к черным сплавам. Химический состав: 0,8% С; 0,15-0,4 %Mn; 0,15%Cr. Твердость HRC 58-62; =1950МПа. Применяют для изготовления зубил, молотков и др. деревообрабатывающего инструмента, т.к. они имеют хорошую ударную вязкость из-за небольшого % углерода. Недостаток - малая прокаливаемость, не позволяющая изготовить инструмент сечением более 20-25 мм, сталь не теплостойкая.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для определения механических свойств или химического состава сплава необходимо пользоваться учебниками или справочниками.
Задача 3. Выбрать материал для изготовления шестерни автомобильного двигателя диаметром 40 мм с расчетным напряжением по поверхности 1300 МПа. Деталь предусмотрена для серийного производства.
Решение:
Шестерня работает в условиях динамических изгибающих нагрузок, при контактном воздействии и трении поверхностей при повороте. При анализе данных о работе подобных шестерен установлено, что шестерни разрушаются в результате усталости, деформируются при перегрузках, зубья шестерен подвержены износу из-за трения при зацеплении.
Деформация зуба недопустима, поэтому в качестве оценочной характеристики прочности материала примем предел текучести, т. е. способность сопротивляться пластической деформации ( > 580 МПа). Контактная выносливость зависит от твердости поверхности и имеет эмпирическую зависимость = 23 HRС. Зная уровень контактных напряжений (1300 МПа), находим необходимую твердость поверхности зуба - > 57 HRС.
Шестерня испытывает также циклические и динамические нагрузки, поэтому материал должен обладать достаточным запасом вязкости. Из анализа работы подобных деталей следует, что ударная вязкость КСU должна быть не менее 0,5 МД/м2.
Работа в условиях трения требует достаточной твердости поверхности (качественно чем выше твердость, тем лучше износостойкость поверхности).
Кроме того, вероятность усталостного разрушения требует от материала достаточно высокого предела выносливости Сталь должна обладать пластичностью > 10%, что обеспечивает надежность работы.
Для обеспечения высокой твердости поверхности детали в сочетании с необходимой вязкостью и прочностью ее сердцевины существует несколько видов упрочняющей обработки, основными из них являются химико-термическая обработка и поверхностная закалка ТВЧ.
Анализируя конструктивные особенности шестерни (диаметр 40 мм, т. е. шестерня с малым модулем), приходим к выводу, что применение закалки ТВЧ вряд ли целесообразно. Зуб шестерни должен иметь равномерный упрочненный поверхностный слой в пределах 0,5 - 0,8 мм, т. к. толщина зуба подобной шестерни небольшая. Такое требование накладывают на точность изготовления индуктора жесткие допуски, что практически невозможно осуществить. Различная величина зазора между зубом и индуктором по поверхности зуба приведет к неравномерности глубины слоя, что недопустимо.
Таким образом, целесообразно использовать в качестве упрочняющей химико-термическую обработку. Наиболее дешевой и широко используемой обработкой является цементация или нитроцементация. Нитроцементация предпочтительнее, поскольку она проводится при более низких температурах (820-860 °С) по сравнению с цементацией (920-950 °С), что позволяет избежать деформации после ХТО и закалки. Кроме того, длительность процесса меньше, нитроцементация интенсивнее повышает твердость поверхности и предел выносливости. Для этого вида ХТО применяют специальный вид сталей, называемый цементуемыми сталями. Анализируя рабочие свойства цементуемых сталей и используя справочные данные, видим, что почти каждая из них может быть рекомендована для изготовления этих деталей.
Выберем и сравним некоторые из них:
Марка стали Термическая обработка МПа , МПа ,% КСИ, МДж/м2 HRCповертребуемые свойства ХТО, закалка, низкий отпуск >580 >1300 >10 >0,5 57-60
20Х ХТО, закалка, низкий отпуск 600 1380 11 0,6 55-57
15ХФ ХТО, закалка, низкий отпуск 580 1300 13 0,8 56-82
20ХН ХТО, закалка, низкий отпуск 600 140 14 0,8 61-63
12ХН3А ХТО, закалка, низкий отпуск 850 1430 12 1,2 61-63
18ХГТ ХТО, закалка, низкий отпуск 800 1450 14 0,8 61-63
Сопоставляя данные, приведенные в таблице, определяем, что стали двух последних марок можно считать наиболее пригодными для изготовления нашей шестерни, т.к. они имеют достаточный запас прочности и вязкости по сравнению с другими марками.
Для окончательного выбора марки стали, проведем сравнительную оценку стали 12ХН3А и 18ХГТ по другим параметрам. Без каких-либо расчетов ясно, что преимущество имеет сталь 18ХГТ, которая не содержит дефицитного никеля и других дефицитных элементов.
Оценка по обрабатываемости резанием является очень важным параметром, т. к. основные расходы по изготовлению шестерни ложатся на механическую обработку. Коэффициент обрабатываемости резанием Kv определяется по отношению к обрабатываемости эталонной стали (сталь 45), скорость резания которой принята за единицу. Согласно справочным данным Kv для стали 12ХН3А - 0,43, а для стали 18ХГТ - 1,0, т. е. такой же, как эталонной стали. Таким образом, оптимальной маркой стали для заданной шестерни и условий ее работы будет 18ХГТ.
Задача 4.
Разработать технологический процесс ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием в нижнем положении со стыковым соединением свариваемых элементов. Исходные данные для выполнения задания приведены в таблице.
Марка стали Временное сопротивление
при растяжении, σ В МПа Толщина свариваемой стали, d, мм Длина шва
l, мм
09Г2СД 450 11,0 460
Методика решения (данные расчета указаны в таблице 2 в колонке 5)
Стыковые соединения - самые типичные сварные соединения, в которых торцы соединяемых деталей располагаются так, что поверхность одной детали является продолжением другой. При сварке заготовок больших толщин необходимо обрабатывать соединяемые кромки для обепечения провара по всему сечению. В табл. 3 представлены два типа стыковых сварных соединений: С 2, применяемое при сварке односторонним швом заготовок толщиной до 4 мм, без скоса кромок и С 17, применяемое при сварке заготовок односторонним швом с V – образным скосом кромок для толщины от 3 до 60 мм. Учитывая заданную толщину свариваемого шва, выберите тип стыкового соединения (табл. 3). Кроме формы разделки кромок, которая бывает, также U - образная и Х - образная, ГОСТ устанавливает величину зазора b (мм) и притупления a (мм) между кромками. Раскрытие кромок и зазор необходим для обеспечения провара всего сечения, а притупление предотвращает прожог.
Вторым этапом при разработке технологии ручной электродуговой сварки является выбор типа и марки электрода. Типы и требования, предъявляемые к металлическим электродам для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей, регламентированы ГОСТом 9467-75. Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей предусмотрено девять типов электродов (Э38, Э42, Э42А, Э46,
Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60); для сварки легированных и конструкционных сталей повышенной и высокой прочности пять типов (Э70, Э85, Э100, Э125, Э150) (табл. 5).
Тип электрода обозначается буквой Э и цифрой, показывающей гарантируемый предел прочности металла шва (временное сопротивление) σв (10-1МПа). Буква А в обозначении указывает, что металл шва, наплавленный этим электродом, имеет повышенные пластические свойства. Такие электроды применяют при сварке наиболее ответственных швов.
Учитывая заданную марку стали и временное сопротивление при растяжении этой стали, (табл. 1-задание) выберите тип электрода (табл. 5). Если сварное соединение должно работать при ударных нагрузках, выбирайте электрод с повышенными пластическими свойствами.
Каждому типу электрода соответствует несколько марок (табл. 7), на каждую из которых разработаны технические условия. Марка электрода - это его промышленное обозначение, характеризующее стержень и покрытие.
Электродные покрытия делят на две группы: тонкие (стабилизирующие) и толстые (качественные). Назначение тонкого покрытия - облегчить возбуждение дуги и стабилизировать ее горение. Оно не создает защиты для расплавленного металла шва, и поэтому при сварке происходит его окисление и азотирование. Шов получается хрупким, пористым, с различными неметаллическими включениями. Поэтому электроды с тонким покрытием используют при выполнении неответственных сварных швов. Сварные соединения высокого качества выполняют электродами с толстым покрытием. Качественное покрытие обеспечивает устойчивое горение дуги, защищает расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха, раскисляет образующиеся в металле шва оксиды и удаляет невосстанавливаемые оксиды в шлак, легирует наплавляемый металл, удаляет серу и фосфор из расплавленного металла шва и образует шлаковую корку над металлом шва, замедляет его охлаждение и тем самым способствует выходу газов и неметаллических включений на поверхность металла шва.
По виду покрытия электроды подразделяются: с рудно-кислым покрытием - условное обозначение А, с основным покрытием - Б, с целлюлозным покрытием - Ц, с рутиловым покрытием - Р.
Рудно-кислые покрытия содержат руды в виде оксидов железа и марганца, при плавлении они выделяют кислород, способный окислить металл ванны и легирующие примеси. Для ослабления действия кислорода в покрытие вводят раскислители в виде ферросплавов. Кислые покрытия имеют хорошие сварочно-технические свойства, высокопроизводительны, позволяют сваривать металл с ржавыми кромками и окалиной и получать плотные швы. Однако наплавленный металл имеет относительно малую ударную вязкость и пластичность и пониженное содержание легирующих примесей, к тому же эти электроды токсичны. К этому виду относятся покрытия: ОММ-5, ЦМ-7, ЦМ-8 и др.
В рутиловых покрытиях основным компонентом является рутил (TiO2). Благодаря высоким сварочно-технологическим свойствам, механическим свойствам металла шва и благоприятным санитарно-гигиеническим характеристикам электроды с рутиловым покрытием очень широко применяются, в том числе и взамен электродов с рудно-кислым покрытием. К рутиловым относятся покрытия: ЦМ-9, МР-3, АНО-3, АНО-5, ОЗС-3 и др.
Целлюлозные покрытия содержат большое количество органических составляющих, разлагающихся в процессе плавления и обеспечивающих газовую защиту расплавленного металла. Эти покрытия придают хорошее качество сварному шву при соблюдении теплового режима. Их недостаток - большие потери от разбрызгивания. К этой группе покрытий относятся: ОМА-2, ЦЦ-1, ВСЦ-4 и др.
Основные покрытия составлены на основе плавикового шпата (Ca F2) и мрамора. Эти электродные покрытия дают высокое качество металла шва и применяются для сварки ответственных швов. Однако, так как основные электродные покрытия адсорбируют влагу при хранении, перед применением их нужно прокаливать. Кромки свариваемых изделий необходимо тщательно очищать от ржавчины и загрязнений, иначе в сварном шве будут поры. Широко используются электроды марок: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СМ-11, АНО-7, АНО-8 и др.
Одним из основных параметров режима ручной дуговой сварки является диаметр электрода dэ (мм). Для стыковых соединений диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемых кромок (табл. 4).
В табл. 7 представлены наиболее часто применяемые электроды. Каждому типу электрода соответствует несколько марок. В табл. 7 указаны диаметры и коэффициенты наплавки электродов. Коэффициент наплавки оценивает массу электродного металла, перешедшую в сварной шов в течение часа горения дуги, отнесенную к одному амперу сварочного тока. Учитывая, что производительность сварки прямопропорциональна коэффициенту наплавки, а тип электрода и его диаметр уже выбран, подберите марку электрода из табл. 7.
Величину сварочного тока Iсв (А), основного параметра режима сварки, устанавливают по известному диаметру электрода. При сварке стыкового шва в нижнем положении используют формулу Iсв = kdэ, где dэ – диаметр электрода (мм), k - коэффициент пропорциональности, зависящей от диаметра электрода, определяется по табл. 4.
Длина дуги Lд (мм) значительно влияет на качество сварки. Короткая дуга горит устойчиво и спокойно. Она обеспечивает получение высококачественного шва, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. Но слишком короткая дуга вызывает “примерзание” электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки. Длинная дуга горит неустойчиво и с характерным шипением. Глубина проплавления недостаточная, расплавленный металл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азотируется. Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество оксидов. Длину дуги можно определить по формуле Lд = 0,5(dэ + 2), где dэ - диаметр электрода (мм). Самое широкое применение нашла дуга с жесткой характеристикой, когда напряжение Uд (В) практически не зависит от силы тока и пропорционально её длине Lд. Такая дуга горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки. Для нахождения Uд можно использовать формулу
Uд = α + βLд, где Lд – длина дуги (мм), α (В) коэффициент, характеризующий падение напряжения на электродах (при использовании стальных электродов α=10–12 В), β (В/мм) - коэффициент характеризующий падение напряжения на 1 мм длины дуги (β = 2,0 – 2,5 В/мм).
Количество металла, необходимого для сварного шва Qн (г) можно определить по формуле Qн = 10-3 lSγ, где l - длина свариваемого шва (мм), S – площадь поперечного сечения шва (мм2), γ– плотность электродного металла, для стали γ = 7,8 г/см3. Для одностороннего стыкового шва без скоса кромок площадь поперечного сечения S можно определить по формуле: S = bδ, где δ - толщина свариваемого металла (мм), b - зазор (расстояние) между свариваемыми деталями (мм).
Для одностороннего шва с V-образным скосом двух кромок площадь поперечного сечения S можно определить по формуле:
S =δ(b – 1)+0,5(δ2 +1), где δ и b – указанные выше конструкционные элементы сварного шва. Величину зазора между свариваемыми деталями берём из табл. 3.
Основное время горения дуги tо (ч) определим по формуле tо = Qн/Iсвαн, где Qн – масса наплавленного металла (г), Iсв – сила сварочного тока (А), αн – коэффициент наплавки (г/А .ч), (табл. 7).
В процессе сварки электроду сообщаются следующие движения: а - по направлению оси электрода 1 в зону дуги. Скорость движения должна соответствовать скорости плавления электрода, чтобы сохранить постоянство длины дуги; б - вдоль линии свариваемого шва 2.

Скорость перемещения не должна быть большой, так как металл электрода не успеет сплавиться с основным металлом (непровар). При малой скорости перемещения возможны перегрев и пережог металла. Шов получается широкий и толстый. Производительность сварки оказывается низкой; в – поперечные колебательные движения применяют для получения уширенного валика шириной 3-4 dэ. Поперечные движения замедляют остывание наплавляемого металла, облегчают выход газов и шлаков и способствуют наилучшему сплавлению основного и электродного металлов и получению высококачественного шва. Скорость сварки Vсв (м/ч) можно определить по формуле Vсв = 10-3l/tо, где l – длина сварного шва (мм), tо - основное время горения дуги (ч).
Таблица 2.
Расчет основных параметров режима электродуговой сварки

п/пОпределяемая величина Буквенное обозначение, ед. измерения Расчетная
формула или
источник
информации Численная величина Примечание
1 2 3 4 5 6
1 Тип сварного шва С... табл.3 С 17 α=10
β=2для
d < 4 мм,
d = 4 мм,
b из табл. 3
для
d > 4 мм,.
b из табл.3
γ = 7,8 г/см3
l (длина)
из таблицы 1
M=0,5
= 3,14,
lог = 50 мм
2 Тип электрода Э... табл.5 Э 46 3 Диаметр
электрода dэ, мм табл.4 6 4 Марка электрода табл.7 ОЗС-6 5 Коэффициент пропорциональности к, А/мм табл.4 500 6 Сила сварочного тока IСВ, А Iсв = kdэ 300 7 Длина дуги Lд, мм Lд = 0,5(dэ + 2) 4 8 Напряжение
дуги Uд, В Uд =α+ βLд18 9 Площадь поперечного сечения S, мм2 S = bδ S = δ(b – 1)+0,5(δ2 + 1) 94 10 Масса наплавленного металла Qн, г Qн = 10-3lSγ 337,27 11 Коэффициент наплавки αн, г/А·ч табл. 7 10 12 Основное время горения дуги tо, ч tо = Qн/Iсвαн0,11 13 Скорость сварки Vсв, м/ч Vсв = 103l/tо 4,09 14 Полное время сварки Тп, ч Тп = tо/М 0,22 15 Длина электрода lэ, мм табл.4 450 Число слоев n табл.6 4 16 Масса расплавленного металла Qр, г Qр = 10-3dэ2(lэ – lог)n/4 352,68 17 Коэффициент потерь Φ % φ = 102(Qр – Qн)/Qр4,4 18 Расход
электроэнергии на сварку A, кВт×чA = Iсв Uд tо 594 Процесс сварки включает не только время горения дуги, но и вспомогательные операции (установку электрода, поворот детали и т. д.).
Это дополнительное время зависит от организации рабочего места, квалификации сварщика и учитывается коэффициентом производительности М. Полное время сварки Тп (ч) определяемая по формуле Tп = tо/М, где tо - основное время горения дуги (ч), М - коэффициент производительности (М = 0,6-0,8).
Массу расплавленного металла Qр=10-3γd2э(lэ-lог)n/4, где γ-плотность электродного металла ( для стали γ=7,8 г/см3), dэ –диаметр электрода (мм), lэ – длина электрода (мм) (таб.4), lог=50 мм), n – число слоев (проходов) (таб.6).
Потери металла на угар и разбрызгивание характеризуется коэффициентом потерь φ (%), который определяется по формуле
φ=102 (QР – QН)/QР , где Qр – масса расплавленного металла (г), QН – масса наплавленного металла (г). Значение коэффициента потерь при ручной электродуговой сварке не должно превышать 10%. Полный расход электроэнергии на сварку А (кВт.ч) по формуле А=I свUдt о , где Iсв –сила сварочного тока (А), Uд –напряжение дуги (В), tо- основное время горении дуги (ч).
Таблица 3
Тип сварного шва
Наименование соединения Условное обозначение Форма
подготовки кромок Толщина
металла
d, мм Зазор
b, мм Выполнение шва
Шов стыковой односторонний без скоса кромок С 2 1,5–2,5 1

3,0–4,0 2 Наименование соединения С17 4,5–7,5 3 8,0–13,5 4 14,0–16,0 5 Таблица 4.
Диаметр электрода
Толщина
свариваемого металла δ, мм 1,5-2,0 2,5-4,0 4,5-7,0 7,5-10,0 более 10,0
Диаметр электрода dэ, мм
2 3 4 5 6
Коэффициент
пропорциональности
k, А/мм 30 35 40 45 50
Длина электрода
lэ, мм 250 300 350 450 450
Таблица 5.
Тип электрода
Тип электрода Механические свойства металла сварного шва Свариваемые
стали
Временное сопротивление при
растяжении
σв, МПа Относительное удлинение
δ % Ударная вязкость
KCU, МДж/м2
Э 38 380 14 0,3 малоуглеродистые и низколегированные
Э 42 420 18 0,8 Э 42А 420 22 1,5 Э 46 460 18 0,8 Э 46А 460 22 1,4 Э 50 500 16 0,7 среднеуглеродистые и низколегированные
Э 50А 500 20 1,3 Э 55 550 20 1,2 Э 60 600 18 1,0 легированные стали
повышенной прочности
Э 70 700 14 0,6 Э 85 850 12 0,5 Э 100 1000 10 0,5 Э 125 1250 8 0,4 Э 150 1500 6 0,4 Таблица 6.
Число слоев
Толщина свариваемого металла δ, мм
1,0-5,0 5,5-8,0 8,5-10,0 10,5-14,0 14,5-16,0
Число слоев n 1 2 3 4 5
Таблица 7.
Марка электрода
Тип
электрода
электрода Марка
электрода Диаметр электрода
dэ, мм Коэффициент
наплавки αн, г/А.ч
Э 42 ОЗС-23 2; 3 8,5
ВСЦ-4 3; 4 9,5
ОМА-2 2; 2,5; 3 8
АНО-6 4; 5 10
Э 42А УОНИ-13/45 2; 2,5; 3; 4; 5 8,5
СМ-11 3; 4; 5 10
Э 46 АНО-4 3; 4; 5 8,5
ОЗС-6 3; 4; 5; 6 10
МР-3 3; 4; 5; 6 7,5
ОЗС-21 3; 4; 5 8,5
Э 46А ВН-48 2,5; 3; 4; 5; 6 11
ОЗС-22Р 3; 4; 5; 6 10
УОНИ-13/55К 3; 4; 5 9,5
Э 50 ВСЦ-4А 3; 4 9,5
Э 50А УОНИ-13/55 2; 2,5; 3; 4; 5 9
АНО-11 3; 4; 5 9,5
ДК-50 4; 5 10
Э 55 УОНИ-13/55У 4; 5; 6 10
Э 60 ВСЦ-60 5; 6 10
УОНИ-13/65 2; 2,5; 3; 4; 5 9,5
ОЗС-24 3; 4 9,5
Э 70 ВСФ-75У 4 9
Э 85 УОНИ-13/85 2; 2,5; 3; 4; 5 10
НИАТ-3М 2; 2,5; 3; 4; 5 9,5
ВСФ-85 3; 4 9,5
Э 100 ОЗШ-1 2; 2,5; 3; 4; 5 8,5
8. Задания для контрольных работ №1 «Материаловедение»
Вариант 1
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,1% С. Выберите для заданного сплава. Любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Сталь марки У12 после одного вида термической обработки получила структурупластинчатыйперлит+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.
3. Выбрать марку стали, для ответственных крепежных изделий (шатунных болтов поршневых компрессоров, болтов и шпилек центробежных насосов, фланцевых соединений нефтеперерабатывающих установок), испытывающих в процессе работы значительные статические и динамические нагрузки. Указать химический состав и назначение легирующих элементов. Привести режим термической обработки, окончательную структуру и механические свойства стали.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: АК7; У8; ВЧ45; 7ХГ2ВМФ; ЛЦ14К3С3; СЧ30; Б83С. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите полярные термопластичные пластмассы (полиамиды, пентан, поликарбонаты и др.). Их состав, свойства и область применения.
Вариант 2
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,6% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. При закалке инструмента из углеродистых сталей температура в печи оказалась завышенной на 150°С по сравнению с оптимальной. Нарисовать в масштабе «стальной угол» диаграммы железо-цементит и показать на нем оптимальный интервал закалочных температур. Используя рисунок, объяснить, как указанное нарушение режима закалки повлияет на структуру и свойства сталей марок У7 и У10.
3. Проходка нефтяных и газовых скважин производится с помощью бурильных долот, режущий инструмент которых (шарошки) подвержен значительным ударным нагрузкам и абразивному изнашиванию рабочих зубьев. Сформулировать требования по механическим свойствам, предъявляемые к такому инструменту. Выбрать марку стали для изготовления шарошек, указать химический состав и назначение легирующих элементов. Обосновать технологию и режимы обработки, обеспечивающие необходимый комплекс свойств.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Ст0; ХВГ; 10ХСНД; ШХ4; СЧ15; БрО17Ц4С4; Б88. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Корундовая керамика. Опишите ее основные свойства и область применения.
Вариант 3
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,8% с. Для заданного сплава определите при температуре 1250С: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Определить по диаграмме железо-цементит, какие превращения происходят 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?
3. Втулки и плунжеры нефтяных глубинных насосов должны иметь очень высокую поверхностную твердость (НV до 1200) и износостойкость, а также сопротивляемость динамическим нагрузкам. Выбрать марку стали для таких деталей, объяснить роль легирующих элементов. Назначить способ поверхностного упрочнения, учитывая, что детали не должны деформироваться в процессе такой обработки. Описать превращения, происходящие в стали, ее окончательную структуру и механические свойства.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Ст1кп; 10; А20; 15ХСНД; КЧ30-6; БрОФ6,5-0,4; ЛО90-1. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите принципиальное отличие процессов кристаллизации полимеров и металлов.
Вариант 4
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,5% С. Для заданного сплава определите при температуре 1200С: процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Определить по диаграмме железо-цементит, какие превращения происходят 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?
3. Для изготовления деталей штампов, обрабатывающих металл в горячем состоянии, выберите марку стали. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 7ХГ2ВМФ; Р9К5; ВЧ35; АМц; Д1; Л96; ШХ6. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Достоинства и недостатки пластмасс. Применение пластмасс в нефтегазовой отрасли.
Вариант 5
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,3% С, для заданного сплава определите процентное содержание углерода в фазах при температуре 850 С.
2. Определить по диаграмме железо-цементит, какие превращения происходят в доэвтектическом белом чугуне какого-либо состава при охлаждении от расплавленного состояния до комнатной температуры. Какова окончательная структура сплава? Назначить режим термической обработки для превращения этого чугуна в ковкий чугун и указать, как изменяются при этом свойства чугуна. Какова причина этих изменений?
3. Для изготовления деталей штампов, обрабатывающих металл в холодном состоянии, выберите марку стали. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: А30; 70С3А; сталь 40; Cт2кп; СЧ32; Д16; БрОЦ4-3. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Укажите состав и свойства керамики, применяемой в электроприборостроении.
Вариант 6
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,2% С. Для заданного сплава определите при температуре 1250С: процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Сталь марки 50 после одного вида термической обработки получила структуру феррит+пластинчатый перлит, после второго мартенсит+феррит и после третьего - мартенсит. 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.
3. В результате термической обработки рычаги должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость HRC28…35). Для изготовления их выберите марку стали. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: У14А; Р18; 18Х3МВ; сталь 15; КЧ35-12; Д18; БрОФ6-5. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите механизм и характер деформации полимеров в стеклообразном и вязкотекучем состоянии. Укажите область применения полимеров.
Вариант 7
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т.е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. 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. Описать превращения, которые совершились в стали при охлаждении, и указать 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 выше критической ее структура не содержала феррита.
3. Выберите теплостойкую сталь для изготовления резцов. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: У10; 10Г2; БСт3сп; 20ХГСА; СЧ15; А98; БрОЦС4-4-2,5 . Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Фенолоформальдегидиые слоистые пластики (полиэтилен и винипласт). Их свойства и область применения в машиностроении.
Вариант 8
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и построите кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,4% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. 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.
3. В результате термической и химико-термической обработки червяки должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: А30; Р6М5; ШХ9С; Х18Н22В2Т2; ВЧ-50; Д2; БрОЖ4-2. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Жаропрочные керамические материалы. Состав, свойства, и условия применения в машиностроении.
Вариант 9
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применение правила фаз) для сплава, содержащего 5,6% С. Для заданного сплава при температуре 1300С определите: состав фаз; т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Определить по диаграмме железо-цементит превращения, происходящие 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?
3. Для изготовления обрезных штампов выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Ст3; 65С3А; Х5М; сталь 08пс; КЧ60-3; АЛ11; БрОК6,5-1. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Пленочные материалы, их разновидности, свойства и область применения в машиностроении.
Вариант 10
1. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 5,8% С. Для заданного сплава при температуре 1250С определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Определить по диаграмме железо-цементит, какие превращения происходят 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 и 840 °С? Какой из указанных вариантов закалки следует выбрать для обеспечения более высоких эксплуатационных характеристик изделий из этой стали и почему?
3. В результате термической обработки пружины должны получить высокую упругость. Для их изготовления выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: ВСт4пс; 20ХГСА; Р6; КЧ-40-2; 18ХГТ; АК8; БрО3Ц12С5. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите влияние порошковых и волокнистых наполнителей на свойства резины.
Вариант 11
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте. кривую охлаждения в интервале температур от 0 до 1600 С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,3% С. Для заданного сплава определите процентное содержание углерода в фазах при температуре 750 С.
2. С помощью диаграммы состояния железо-цементит определите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 40. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали.
3. В результате термической обработки шестерни должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Х12М3А; СЧ24; 38ХМЮА; сталь 35; У12А; АЛ4; БрО5Ц5С5. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Органическое стекло. Опишите его свойства и область применения в машиностроении.
Вариант 12
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,6% с. Для заданного сплава определите процентное содержание углерода в фазах при температуре 780 С.
2. С помощью диаграммы состояния железо-цементит определите температуру нормализации, отжига, и закалки для стали 30. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали после каждого вида обработки.
3. Для изготовления зенкеров выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: КЧ48-4; сталь 30; 4Х16Н4Б; 25ХГТ; БСт3; Д6; БрО10Ф1. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Полиамиды и полиуретаны. Опишите их состав, свойства и область применения в машиностроении.
Вариант13
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С
(с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,4 % С. Для заданного сплава при температуре 1450С определите процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Углеродистые стали У8 и 35 имеют после закалки и отпуска структуру мартенсит отпуска и твердость: первая - HRC60, вторая - HRC50. Используя диаграмму состояния железо: карбид железа и учитывая превращений, происходящие при отпуске, укажите температуру отпуска для каждой стали. Опишите все превращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска, и объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 35.
3. Кулачки должны иметь минимальную деформацию и высокую износоустойчивость (твердость поверхностного слоя HV 750…1000). Для их изготовления выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 2Х13; 08Х22Н6Т; ВЧ110; сталь 60; У7А; АК9; БрА5. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите антифрикционные покрытия металлов полимерами. Приведите характеристику их свойств и условия применения.
Вариант 14
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервал температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава содержащего 0,7% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Сталь 40 подвергалась закалке от температур 760 и 840. С. Опишите превращения, происходящие при данных режимах закалки. Укажите, какие образуются структуры, и объясните причины получения разных структур. Какой режим закалки следует рекомендовать?
3. В результате термической обработки поршневые пальцы должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 20Х13Н; ХГТА; сталь 40С; БСт1; ВЧ-100; А95; БрАМц9-2. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите стеклопластики. Укажите характеристики наполнителя по природе и форме. Требования к связующему компоненту. Преимущества и недостатки стеклопластиков.
Вариант 15
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600° С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,7% С. Для заданного сплава при температуре 1450°С определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) рессоры из стали 55, которые должны иметь твердость HRC 45...50. Опишите структуру и свойства.
3. Для изготовления метчиков выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: сталь 11кп; КЧ 37-12; 40ХНМА; Х18Н22В2Т2; У12; Б83; АМг1. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Физические основы сварки пластмасс. Опишите методы сварки с непосредственным нагревом.
.Вариант 16
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите, состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. С помощью диаграммы железо - карбид желез определите температуры нормализации, отжига, и закалки для стали, У10. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и кратко опишите микроструктуру и свойства стали после каждого вида обработки.
3. Для изготовления коленчатого вала выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 75Г2С; БСт6сп; сталь 25; Ст4; 30Х13Н7С2; АД23; БрКд1. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите современное представление о молекулярном строении, полимеров. Укажите структуру термопластичных и термореактивных полимеров.
Вариант 17
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0.8% С. Для заданного сплава определите процентное содержание углерода в фазах при температуре 1450 С.
2. В структуре углеродистой стали 30 после закалки не обнаруживается остаточного аустенита. В структуре углеродистой стали У12 после закалки наблюдается до 30% остаточного аустенита. Объясните причину этого явления в связи с мартенситными кривыми для данных сталей. Какой обработкой можно устранить остаточный аустенит?
3. Для изготовления распределительного вала выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Х12М; ШХ15С; сталь 20кп; КЧ 45-7; 40ХМЮА; АК8; БрА10Мц2Л. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите пенопласты, их разновидности и свойства. Укажите области применения пенопластов в машиностроении.
Вариант 18
1. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением. правила фаз) для сплава, содержащего 0.9% С. Выберите для заданного сплава любую температуру. между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз. т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. При непрерывном охлаждении стали У8 получена структура троостит - мартенсит. Нанесите на диаграмму изотермического превращений аустенита кривую охлаждения, обеспечивающую получение данной структуры. Укажите интервал температур превращений, опишите характер превращения в каждом из них.
3. Для изготовления шатуна двигателя легкового автомобиля выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 18Х2Н4БА; СЧ18; Ст5сп; сталь 08; 9ХС; АК4; БрА11Ж6Н6. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Текстолиты. Влияние хлопчатобумажной, стеклянной и асбестовой тканей на свойства пластмасс. Укажите область применения текстолита в машиностроении
Вариант 19
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (С применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,9% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите; состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное, соотношение фаз.
2. Используя диаграмму состояния железо - карбид железа и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте режим термической обработки для углеродистой стали 45, необходимый для обеспечения твердости НВ300. Опишите превращения, которые совершились в стали в процессе закалки и отпуска, и полученную после термообработки структуру.
3. Для изготовления шариков и роликов подшипников выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: сталь 50Х; 30ХМ; ХВГ; КЧ50-5; У12А; Д6; БрА10Мц2Л. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Приведите классификацию технической керамики по составу и укажите область ее применения в машиностроении.
Вариант 20
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,0% С. Для заданного cплавa, определите процентное содержание углерода в фазах при температуре 750С.
2. Используя диаграмму состояния железо - цементит и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 40 температуру закалки и температуру отпуска, чтобы обеспечить твердость НВ400. Опишите превращения, которые совершились в стали в процессе закалки и отпуска, и полученную после термической обработки структуру.
3. Для изготовления полуосей экскаваторов выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 20ХГНТ; ВЧ80; 07Х16Н7А; Ст1сп; У11; Л90; БрА11Ж6К2. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите термо- и реактопласты. В чем их различие по структуре и свойствам?
Вариант 21
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие. во всех областях диаграммы. опишите превращения и постойте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,0% с. Для заданного сплава определите процентное содержание углерода в фазах при температуре 650 С.
2. Изделия после правильно выполненной закалки и последующего отпуска имеют твердость более низкую, чем предусмотрено и техническими условиями. Чем вызван этот дефект и как можно его исправить?
3. Для изготовления напильников (для твердых металлов) выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: сталь 40; КЧ33-8; 12Х21Н5Т; ШХ10Г; Р18; ЛМцА57-3-1; БрОЦС-4-4-2. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Полиметилметакрилат (органическое стекло). Укажите состав, характерные свойства, способ переработки и область его применения.
Вариант 22
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3.1 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. После закалки_углеродистой стали, со скоростью охлаждения выше критической была получена структypa, состоящая из феррита и мартенсита. Проведите на диаграмме состояния железо - цементит ординату, соответствующую составу заданной стали, укажите принятую в данном случае температуру - нагрева под закалку и опишите превращения, которые совершились в стали при нагреве и охлаждении. Как называется такой вид закалки?
3. Для изготовления рессорных листов грузовых автомобилей выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Х5ВФ; 70ГС; Х12Н3А; СЧ15; сталь10; ЛА77-2; БрАМц 5-2. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите состав, строение и принцип получения резины из которой изготавливают газонепроницаемые изделия (кислородные шлаги). Укажите характерные свойства выбранного материала.
Вариант 23
1. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения н постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3 % С. для заданного сплава при температуре 1200С определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фаза; количественное соотношение фаз.
2. После термической обработки углеродистой стали, получена структура цементит - мартенсит отпуска. Нанесите на диаграмму состояния железо - карбид железа ординату заданной стали (примерно) и укажите температуру. нагрева этой стали под закалку. Назначьте температуру отпуска, обеспечивающую получение заданной структуры, опишите все превращения, которые совершились в стали в процессе закалки и отпуска.
3. Выбрать материал для изготовления шестерни автомобильного двигателя диаметром 40 мм с расчетным напряжением по поверхности 1300 МПа. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 25Х4МФ; 08кп; А12; 9X18; ВЧ76; БрМц5; БрА5. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите строение и характерные свойства пластмассы из которой изготавливают тормозные колодки подъемных механизмов буровых установок. Указать классификационную группу пластмассы.
Вариант 24
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и постройте кривую охлаждения интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 6,2% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. На изделиях из стали 15 требуется получить поверхностный слой высокой твердости. Дайте обоснование выбора метода химико-термической обработки, опишите его технологию и структуру изделия после окончательной термической обработки.
3. Для изготовления паровых турбин выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: сталь 18кп; У10; ШХ9; ХВГ; 50ХФА; БрА8Мц2Л; ЛО 62-1. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Приведите характеристики физико-механических и технологических свойств пластмассы с высокой прочностью (σВ ≈ 500…600 МПа) для изготовления корпусов реакционных аппаратов, труб магистральных и напорных газо- и нефтепроводов и т.п.
Вариант 25
1. Вычертите диаграмму, состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,3% С. Для заданного сплава определите при температуре 800С: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. С помощью диаграммы состояния железо - цементит определите температуру полной и не полной закалки для стали 45 и дайте краткое описание микроструктуры и свойств стали после каждого вида термической обработки.
3. Для изготовления деталей котельных агрегатов выберите сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Ст5сп; сталь45Г; КЧ40-84; 70С2ХА; 4ХН; БрКд3; ЛО70-2. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
Достоинства и недостатки пластмасс. Применение пластмасс для штамповой оснастки.
Вариант 26
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие 80 всех областях диаграммы опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правил фаз) для сплавов, содержащего 1,6% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. С помощью диаграммы состояния системы железо – цементит, определите температуру нормализации, отжига и закалки стали 35Х и кратко опишите микроструктуру и свойства после каждого вида термической обработки.
3. Для некоторых деталей (щеки барабанов, шары дробильных мельниц и т.п.) выбрать сталь. Укажите состав и определите, группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки и обоснуйте его выбор. Опишите микроструктуру стали и причины ее высокой износоустойчивости.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 60C2XA; СЧ-24; Р6М5; Ст5; 40Х9С2; БрА11Ж6Н6; ЛА 77-2. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Приведите характеристики механических и технологических свойств стекловолокнитов и стеклотекстолитов, Укажите область применения их в машиностроении.
Вариант 27
1. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграмма, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,6% С. Для заданного сплава при температуре 1350С. Определите: процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Используя диаграмму состояния железо - цементит и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 50 температуру закалки и температуру отпуска, чтобы обеспечить твердость НВ400. Опишите превращения, которые совершились в стали в процессе закалки и отпуска, и полученную после термической обработки структуру.
3. В результате термической обработки полуоси должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость НВ230-280). Выберите для их изготовления сталь. Укажите состав и определите, группу стали, по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки, данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 27ХГРА; БСт4; ВЧ60; 08Х22Н6Т; ШХ9; БрМц5; АК12. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Полиэтилен высокого и низкого давления. Опишите его свойства и область применения в машиностроении.
Вариант 28
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграмма, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,7% С. Для заданного сплава определите при температуре 1350С: процентное, содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Сталь 45 подвергалась отжигу при температурах 830 и 1000° С. Опишите превращения, происходящие при данных режимах отжига, укажите, какие образуются структуры, и объясните причины получения различных структур и свойств. Рекомендуйте оптимальную температуру отжига.
3. Привести состав и марку стали для пальца шарнира диаметром 30 мм. Требования: высокая поверхностная твёрдость и износостойкость, высокий предел прочности на изгиб и срез, и высокое сопротивление хрупкому и вязкому разрушению в сердцевине. Рекомендовать режим ХТО и т/о, указать структуру, механические свойства в сердцевине и твёрдость на поверхности после окончательной термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: сталь 20С; КЧ36-12; ХВС; Б87; 18ХГТА; 45; БрОСЮ-10. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Состав, классификация, физико-механические свойства и область применения резины в машиностроения.
Вариант 29
1. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит, укажите структурные составлявши во всех областях. диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,7% С. Для заданного сплава определите при температуре 800°С: процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Режущий инструмент из стали УI0 был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев и как можно исправить этот дефект?
3. Назовите, марку жаропрочной стали (сильхром) для клапанов автомобильных и тракторных двигателей небольшой мощности. Укажите, состав стали, назначьте и обоснуйте режим термической обработки. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 65ГС; ВСт3; 38ХС; 50Х2Г4ФА; У10; М00; БрС30. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите полистирол - атактический и изотактический ударопрочный. Укажите свойства и область его применения в машиностроении.
Вариант 30
1. Вычертите диаграмму состояния железо – цементит. Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,8% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями солидус и ликвидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Укажите температуру нагрева под закалку стали 50 и У12. Опишите превращения, происходящие в сталях при выбранном режиме обработки, получаемую структуру и свойства.
3. Рессоры грузовых автомобилей изготавливают из качественной легированной стали. Сталь должна обладать высоким пределом прочности, выносливости и упругости. Выбрать марку стали, назначить термическую обработку, описать структуру и свойства стали в готовых изделиях. Объяснить влияние чистоты поверхности на качество рессоры и указать способ обработки поверхностного слоя повышающего предел выносливости.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: сталь 65Г; СЧ18; 15Х; 3ОХГСА; Р2М4; Л88; БрАЖН . Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Что такое ситаллы? Укажите способы их получения, разновидности, свойства и применение.
Вариант 31
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в. интервале температур от 0 до 1600°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1.8% С. Для заданного сплава при температуре 1300°С определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. С помощью диаграммы состояния железо-цементит установите температуру полного и неполного отжига и нормализации для стали 20. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали.
3. Коленчатые и распределительные валы некоторых автомобильных двигателей отливают из чугуна высокой прочности (σв ≈ 500 МПа). Выбрать и расшифровать марку чугуна, описать его структуру и свойства. Указать способ получения таких чугунов, объяснитьпричину ихвысоких механнических свойств. Предложить возможный режим термической обработки для улучшения механических свойств отливки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Ст4пс; 09Х3Н2Т; СЧ40; А-20; Р8; БрОСН 10-2-3; ЛАЖ 60-1-1. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Назовите представителей керамики на основе чистых оксидов. Дайте сравнительную оценку свойств.
Вариант 32
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,2% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Плашки из стали У11А закалены: первая – от температуры 760°С, вторая – от температуры 850°С. Используя диаграмму состояния железо-цементит, укажите температуры закалки, какая из этих плашек закалена правильно, имеет более высокие режущие свойства и почему?
3. Для изготовления деталей, работающих в активных коррозионных средах, выберите сталь. Укажите состав и объясните причины введения легирующих элементов в эту сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите микроструктуру данной стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: сталь 30; АКЧ-1; Х6ВФ; 45Н 2АС; ШХ-15; БрАЖН 10-4-4; ЛС 59-1. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Какие вы знаете виды бескислородной керамики? Назовите их разновидности, свойства и применение.
Вариант 33
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,01%. С. Для заданного сплава при температуре 1450°С. Определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Что такое нормализация? Используя диаграмму состояния железо-цементит, укажите температуру нормализации стали 45 и стали У12. Опишите превращения, происходящие в сталях при выбранном режиме термической обработки, получаемую структуру и свойства.
3. Назначьте нержавеющую сталь для работы в среде средней агрессивности (растворы солей). Приведите состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозионной устойчивости материала и роль каждого легирующего элемента.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: Х14Г14НЗТ; БСт6; сталь80; ВЧ80; У8А; БрКМц 3-1; ЛМц 58-2. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Как классифицируются композиционные материалы с неметаллической матрицей по виду упрочнителя и матрицы?

Вариант 34
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале, температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,5% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах при этой температуре; количественное соотношение фаз.
2. Требуется произвести поверхностное упрочнение изделий из стали 20. Назначьте вид обработки, опишите технологию, происходящие в стали превращения, структуру и свойства.
3. Назначьте марку жаропрочной стали для клапанов автомобильных и тракторных двигателей. Укажите состав стали, ее термическую обработку, обоснуйте выбор.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 20Х2МА; Л85; ЛЦ23А6Ж3Мц2; У8; 7ХГ2ВМФ; Р9К5; СЧ-25. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. В чем преимущества органоволокнитов, их свойства и применение?
Вариант 35
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,5% С. Для заданного сплава определите содержание углерода в фазах при температуре 900С.
2. С помощью диаграммы состояния железо-цементит опишите структурные превращения, происходящие при нагреве стали У12. Укажите критические точки и выберите оптимальный режим нагрева этой стали под закалку. Охарактеризуйте процесс закалки, опишите получаемую структуру и свойства стали.
3. Некоторые детали - траки гусениц танков и тракторов, зубья ковша экскаваторов работают в условиях ударных нагрузок с механическим износом поверхности. Назначьте марку стали для подобных деталей и объясните свой выбор. Приведите состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: 12Х17; СЧ30; М1; ЛО 60-2; 5ХГР; Ст2сп; А30. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. В чем сущность процесса вулканизации; как изменяются свойства резины после вулканизации?
Вариант 36
1. Вычертите диаграмму состоянии железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правил фаз) для сплава, содержащего 0,1 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах при этой температуре; количественное соотношение фаз.
2. Опишите, в чем заключается низкотемпературная термомеханическая обработка конструкционной стали. Объясните с позиций теории дислокаций, почему этот процесс приводит к получению высокой прочности стали. Какими преимуществами и недостатками обладает низкотемпературная термомеханическая обработка по сравнению с высокотемпературной термомеханической обработкой?
3. Назначьте марку жаропрочной стали для камер сгорания, дисков, лопаток турбин, сварных соединений, работающих при температурах 750-800С. Укажите состав стали, ее термическую обработку, обоснуйте выбор.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: БрБ2; 45Х; ШХ15СГ; Р930Х13; 08Х18Г8НТ; 60Г; 50Л. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Как изменяются свойства резины под действием температуры, вакуума, радиации и озона?
Вариант 37
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,2% С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах при этой температуре; количественное соотношение фаз
2. Покажите графически режим отжига для получения ферритного ковкого чугуна. Опишите структурные превращения, происходящие в процессе отжига, и укажите, каковы механические свойства чугуна после термической обработки.
3. Для изготовления режущего инструмента (большого диаметра - до 100 мм), выберите легированную сталь. Укажите состав и объясните причины введения легирующих элементов в эту сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите микроструктуру данной стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: БрАЖ 9-4; ВСт 5; М1; 08; 50Х; ШХ4; 6М5К5. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Опишите строение, особенности и область применения композиционных материалов.
Вариант 38
1. Вычертите диаграмму состояния железо.- цементит, укажите структурные составляющие во. всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего. 0,2% С. Выберите для заданного, сплава любую температуру между, линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах при этой температуре; количественное соотношение фаз.
2. В чем заключается отрицательное влияние цементитной сетки на свойства инструментальной стали У10 и У12? Какой термической обработкой можно ее уничтожить? Обоснуйте выбранный режим термической обработки.
3. Для изготовления пружин, работающих при нагреве до 200ºС выберите сталь. Укажите состав и объясните причины введения легирующих элементов в эту сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите микроструктуру данной стали после термической обработки.
4.Расшифруйте марочный состав сплавов: А99; 20Л; АЛ21; КЧ80-1,5; 12Х18Н10Т; 50ХФА; Ст 3. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Какие знаете теплостойкие клеи, каковы их составы и свойства?
Вариант 39
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит. Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения, и настройте кривую охлаждения в интервале температур от 0 до 1600°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего. 0,5% С. Для заданного сплава выберите любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз; т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Покажите графически режим отжига для получения перлитного ковкого чугуна. Опишите структурные превращения, происходящие в процессе отжига, и механические свойства чугуна после термической обработки.
3. Для изготовления труб арматуры паровых котлов выберите сталь. Укажите состав и объясните причины введения легирующих элементов в эту сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите микроструктуру данной стали после термической обработки.
4.Расшифруйте марочный состав сплавов: Ст 3; У8А; ШХ15; Р18; 40Х13; МЛ15; ВТ22. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Композиционные материалы с металлической и полимерной матрицей. В чем их отличие? Как влияет матрица на свойства материала.
Вариант 40
1. Вычертите диаграмму состояния железо - цементит. Укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и настройте кривую нагревания в интервале температур от 0 да 1600°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,3% С. Для заданного сплава выберите любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите: состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах; количественное соотношение фаз.
2. Режущий инструмент из стали УI0 был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев и как можно исправить этот дефект?
3. Для изготовления поршневых колец автомобильных двигателей выберите сталь. Укажите состав и объясните причины введения легирующих элементов в эту сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите микроструктуру данной стали после термической обработки.
4. Расшифруйте марочный состав сплавов: А99; АЛ2; Ст 5; У10А; ВЧ100; 08Х18Н12Т; 55Л. Определить название. Укажите основной химический элемент сплавов, их механические свойства и области применения.
5. Что вызывает упрочнение композиционных материалов с разной формой наполнителя? Что такое эвтектические композиционные материалы?
9. Задания для контрольных работ №2
«Технология конструкционных материалов»
Вариант 1
1. Опишите производство стали в кислородном конверторе и объясните принцип его работы.
2. Охарактеризуйте литейные свойства сплавов.
3. Опишите процесс волочения и укажите область ее применения.
4. Виды изостатического прессования порошковых материалов, их достоинства и недостатки.
Вариант 2
1. Сущность металлургических процессов получения стали.
2. Опишите процесс образования в отливках холодных трещин, а также меры, предупреждающие их появление.
3. Опишите технологический процесс холодной листовой штамповки, ее операции.
4. Сущность порошковой металлургии. Область применения, технологический процесс.
Вариант 3
1. Опишите способы повторных переплавов металла. За счет чего повышается качество металла при электрошлаковом переплаве.
2. Изобразите литниковую систему, опишите назначение ее элементов. Как рассчитывают ее размеры.
3. Почему листовая штамповка нашла такое широкое применение в автомобилестроении? Привести примеры.
4. Подготовка порошков перед прессованием.
Вариант 4
1. Чем определяется качественность металла. Опишите металлургические способы повышения качества металла.
2. Опишите процесс образования в отливках горячих трещин, а так же меры, предупреждающие их появление.
3. Опишите технологический процесс прокатки листового и сортового профиля.
4.Технологические свойства порошков.
Вариант 5
1. Опишите производство стали в мартеновских печах и основной металлургический процесс.
2. Дайте определение литейного производства. Опишите способы литья в одноразовые и многоразовые формы.
3. Условия формирования высокого качества металла при ковке из слитков. Технологические возможности ковки.
4. Опишите, как получают изделия из жидких полимеров.
Вариант 6
1. Опишите производство стали в мартеновских печах, что такое дуплекс-процесс. Особенности кислого металлургического процесса.
2. Особенности получения отливок из алюминиевых сплавов, литейные свойства.
3. Получение машиностроительных профилей прокаткой. Перечислить сортамент продукции прокатки.
4. Высокоскоростное формование заготовок из порошков, его достоинства.
Вариант 7
1. Какой наиболее быстрый с точки зрения временных затрат технологический способ производства стали? Его достоинства и недостатки.
2. Из каких элементов состоит литейная форма. Вычертить схему с указанием этих элементов.
3. Какой закон пластической деформации утверждает, что пластическая деформация практически не влияет на плотность металла? Сформулировать. Объяснить на примере.
4. Что сдерживает развитие порошковой металлургии? Какие детали можно получать этим методом?
Вариант 8
1. Как называется агрегат для выплавки чугуна. Что является важнейшим условием осуществления процесса?
2. Кратко опишите основные способы заливки литейных форм. Укажите достоинства и недостатки.
3. Назначение валков прокатного стана? Какие материалы используют для изготовления валков.
4. Описать технологию изготовления изделий из пластмасс путем прессования.
Вариант 9
1. Зачем необходима технологическая операция – агломерация руды? Что такое – окатывание?
2. Какие способы применяют для сокращения продолжительности кристаллизации и охлаждения отливок?
3. На основе, каких технологических документов строят чертеж поковки? Значение чертежа заготовки в технологическом процессе?
4. Описать технологию изготовления изделий из пластмасс путем экструзии.
Вариант 10
1. Производство стали в дуговых электрических печах и основной металлургический процесс.
2. Опишите технологический процесс литья по выплавляемым моделям, возможности этого способа литья.
3. Дайте определение холодной и горячей обработки металлов давлением и охарактеризуйте их влияние на свойства обрабатываемых металлов.
4. Разновидности прессования заготовок из порошков.
Вариант 11
1. Производство стали в дуговых электрических печах, кислый металлургический процесс.
2. Какие элементы предназначены для вывода газов в технологии литья? Почему газы вредны?
3. Опишите технологические особенности ковки. Почему слитки подвергаются ковке.
4. Сущность процессов спекания изделий из порошков.
Вариант 12
1. Опишите металлургические процессы плавки в индукционных тигельных печах. Сущность индукционного нагрева.
2. Изобразите схематически принцип действия машин для литья под давлением. Охарактеризуйте преимущества и область применения этого вида литья.
3. Охарактеризуйте сущность упругой и пластической деформации металлов. Свойства деформированного металла.
4. Способы получения порошков. Какую роль производство порошков играет в развитии порошковой металлургии.
Вариант 13
1. Опишите способы разливки стали. Изобразите схематически строение слитка.
2. В какой форме жидкотекучесть сплава будет выше, в песчано-глинистой или металлической? Что влияет на жидкотекучесть сплава?
3. Изобразите схематически устройство открытого и закрытого штампов для горячей объемной штамповки, опишите их работу и укажите их преимущества и недостатки.
4. Оборудование для прессования порошковых материалов. Каковы возможности прессового оборудования и как это влияет на номенклатуру изготавливаемых изделий?
Вариант 14
1. Какие исходные материалы используют при выплавке стали методом Бессемера? Как повысить качество стали при выплавке этим методом.
2. Литье выжиманием. Укажите достоинства и недостатки и область применения этого способа литья.
3. Дайте краткое описание отделочных операций, применяемых после горячей штамповки, и укажите их назначение.
4. Сущность анодно-механической обработки.
Вариант 15
1. Какой способ Вы предложите для выплавки вольфрамосодержащей стали и почему?
2. Опишите технологический процесс изготовления песчано-глинистой литейной формы. Изобразите схематически разрез этой формы, укажите все ее элементы.
3. Технологический процесс горячей объемной штамповки, в том числе последовательность операций, штамповки в одноручьевых и многоручьевых штампах.
4. Сущность и разновидности электроэрозионного метода обработки.
Вариант 16
1. Какие вредные примеси содержатся в стали? Какой способ выплавки стали позволяет максимально очистить сталь от вредных примесей?
2. Зачем производят выбивку, обрубку и очистку отливок?
3. Приведите схему и опишите процесс прокатки бесшовных труб. Укажите преимущества бесшовных труб по сравнению со сварными.
4. Сущность и разновидности электрохимических методов обработки.
Вариант 17
1. Металлургические способы повышения качества стали.
2. Какой материал является наиболее распространенным материалом для получения фасонных отливок и почему?
3. С приведением схемы опишите основные разделительные и формоизменяющие операции холодной листовой штамповки.
4. Отделочные операции обработки поверхностей: полирование, притирка, хонингование, суперфиниш.
Вариант 18
1. Что такое коэффициент использования полезного объема доменной печи?
2. Опишите способ литья под низким давлением и укажите его преимущества и область применения.
3. Производство гнутых профилей.
4. Сущность и разновидности химических методов обработки.
Вариант 19
1. Сущность передела чугуна в сталь. Чем отличается чугун от стали, сравнить химический состав, механические, технологические и эксплуатационные свойства.
2. Опишите процесс образования в отливках усадочных раковин. С изображением необходимых схем опишите устройство прибылей и укажите особенности их расположения.
3. Опишите физическую сущность явления наклепа и рекристаллизации при горячей обработке давлением, что означает параметр – tpeкp (температура рекристаллизации).
4. Сущность ультразвуковой обработки.
Вариант 20
1. Опишите электрорафинирующие переплавы стали, принцип формирования слитка и очистки металла.
2. Опишите способ литья в оболочковые формы, укажите его преимущества и область применения.
3. Охарактеризуйте цели обработки металлов давлением. Дайте классификацию способов обработки металлов давлением и их краткую характеристику.
4. Сущность лазерной обработки.
Вариант 21
1. Дать сравнительный анализ производства стали в мартеновских и дуговых печах.
2. С приведением схемы опишите процесс центробежного литья труб, укажите его преимущества по сравнению с другими способами отливки труб.
3. Опишите способы нагрева заготовок под обработку материалов давлением, какие конструкции печей применяются?
4. Сущность электронно-лучевой обработки.
Вариант 22
1. Опишите ликвационные процессы, происходящие при формировании слитка. Каковы меры борьбы с ними?
2. Укажите преимущества, недостатки и область применения литья в металлические формы.
3. Охарактеризуйте основные правила конструирования деталей, изготавливаемых горячей объемной штамповкой.
4. Опишите плазменную обработку.
Вариант 23
1. Охарактеризуйте основной и кислый металлургические процессы. В каких случаях они применяются? Каковы свойства сталей, полученных этими способами?
2. Охарактеризуйте основные принципы конструирования отливок с учетом литейных свойств и технологичности.
3. Технологический процесс ковки (в том числе последовательность операции).
4. Классификация электрофизических, электрохимических и других новейших методов обработки, область применения и их возможности.
Вариант 24
1. Какова цель химических процессов, происходящих при выплавке чугуна? Продукция доменной плавки.
2. Кратко опишите основные способы заливки литейных форм. Достоинства и недостатки.
3. Прессование, оборудование, преимущества и недостатки.
4. Температурный режим спекания заготовок из порошковых материалов. Роль атмосферы для спекания и подготовки порошков.
Вариант 25
1. От чего зависит скорость прохождения газов в доменной печи через слой шихты? Важнейший показатель распределения газового потока?
2. Какие способы применяют для сокращения продолжительности кристаллизации и охлаждения отливок?
3. Показать схематично сортамент проката.
4. Описать технологию изготовления изделий из пластмасс путем формовки, штамповки.
Вариант 26
1. Назначение флюсов в металлургии. Требования, предъявляемые к флюсам.
2. Как оформляется чертеж отливки с указаниями технических требований.
3. Как получить сквозное отверстие в поковке при штамповке, в штампах с одной плоскостью разъема?
4. Описать технологию изготовления изделий из пластмасс путем сварки и резания.
Вариант 27
1. Наряду с более высокой прочностью, спокойная сталь имеет недостатки, перечислите их.
2. Перечислить возможные дефекты отливок. Их причины?
3. Каким образом распределяется величина деформации при прокатке? Объяснить с точки зрения, направления сил трения.
4. Опишите лучевые методы обработки.
Вариант 28
1. Какие химические вещества используют для раскисления стали? Какое воздействие они оказывают? Какая сталь – кипящая или спокойная является более пластичной и почему?
2. Что такое усадка литейных сплавов? Что предпринимают для предупреждения усадочных раковин?
3. Оборудование для ковки.
4. Процессы выращивания монокристаллов полупроводников с регулируемой плотностью структурных дефектов.
Вариант 29
1. Какой объем выплавки стали за одну загрузку в электродуговой печи? Какой принцип действия печи?
2. Какую температуру расплавленного металла целесообразно выбирать при заливке форм? Как она влияет на качество отливок?
3. Опишите процесс волочения труб.
4.Опишите технологию изготовления изделия из резины путем экструзии, наслаивая на форму.
Вариант 30
1. Назначение руды в металлургии состав руды. Полезные и вредные примеси руд. Зачем необходима технологическая операция – дробление руды?
2. Кратко опишите основные технологические особенности литья под давлением в машинах с горизонтальной холодной камерой прессования.
3. Привести пример, когда положение плоскости разъема штампа при построении чертежа штамповки определяется макроструктурой металла?
4. Опишите технологию изготовления изделия из резины путем литья под давлением.
Вариант 31
1. Как с помощью химических реакций записать процесс восстановления железа в доменной печи?
2. Кратко опишите основные технологические особенности литья с кристализацией под давлением.
3. Назначение поперечно-винтовой прокатки.
4. Опишите высокоскоростную кристаллизацию.
Вариант 32
1. От чего в первую очередь зависит производительность доменной печи? Что такое коэффициент использования полезного объема доменной печи?
2. Кратко опишите основные технологические особенности литья под давлением на машинах с горячей камерой прессования
3. Укажите виды дефектов проката, поковок, их причины и методы устранения.
4. Опишите технологию изготовления изделия из резины путем прессования.
Вариант 33
1. Дайте характеристику титановых руд. Составьте упрощенную схему магниетермического способа производства титана и опишите сущность каждого этапа.
2. Опишите причины образования напряжений в отливках, в каких случаях появляются трещины и коробления отливок?
3. Опишите физические основы обработки металлов давлением, требования, предъявляемые к процессу нагрева заготовок.
4. Опишите методы получения заготовок и деталей из пластмасс.
Вариант 34
1. Дайте краткую характеристику медных руд. Приведите упрощенную схему пирометаллургического способа производства меди и опишите сущность каждого этапа.
2. Какими литейными свойствами обладают чугуны, углеродистые стали?
3. Как определяется коэффициент использования листового материала (КИМ), как его повысить?
4. Опишите методы формообразования из резины.

Вариант 35
1. Дайте характеристику алюминиевых руд. Приведите упрощенную схему электролитического способа производства алюминия. Опишите устройство и работу электролизера, процессы электролитического и рафинирования алюминия – сырца.
2. Кратко изложите сущность способа литья в кокиль и приведите эскизы, поясняющие конструкции кокилей. Укажите применяемые сплавы, достоинства, недостатки и области применения этого способа литья.
3. Опишите прогрессивные малоотходные способы штамповки.
4. Укажите область применения изделия из композиционных материалов в современной технике.
Вариант 36
1. Опишите структуру металлургического производства и его продукция.
2. Каковы конструктивно-технологические особенности электрошлакового литья?
3. Продольная прокатка. Сущность процессов прокатки, параметры процесса прокатки обжатие, угол захвата и т, д4. Область применения заготовок и деталей из пластмасс. В чем эффективность, замены металлических деталей пластмассовым?
Вариант 37
1. С приведением схем опишите устройство и работу воздухонагревателей доменной печи. Что дает подогрев дутья, обогащение его кислородом и увлажнение? Охарактеризуйте продукты доменной плавки.
2. Непрерывное и полунепрерывное литье. Укажите достоинства недостатки и область применения этих способов литья.
3. Опишите магнитно-импульсную штамповку и ее преимущества.
4. Опишите газофазные и плазменные процессы обработки.

Вариант 38
1. Техника безопасности и охрана природы в металлургическом производстве.
2. Опишите процессы изготовления отливок из медных и магниевых сплавов и области их применения.
3. Опишите упрощенные способы обработки листового металла.
4. Чем обусловлена высокая термическая стабильность свойств эвтектических композиционных материалов.
Вариант 39
1.Приведете схему индукционной тигельной плавильной печи и опишите ее работу. Каковы особенности выплавки стали в такой печи?
2. Опишите назначение припусков на механическую обработку, формовочных уклонов и галтелей в отливках и их определение.
3. Сущность процесса прессования. Почему пресс-остаток при прямом прессовании, больше, чем при обратном?
4. Опишите получение композиционных материалов на металлической основе, армированных волокнами.
Вариант 40
1.Какие химические вещества используют для раскисления стали? Какое воздействие они оказывают? Какая сталь – кипящая или спокойная является более пластичной и почему?
2.Что такое формовочные и стержневые смеси. Опишите изготовление стержней.
3. Сущность ковки. Что такое кузнечные напуски?
4. Опишите электро- и гидроимпульсные процессы обработки.
Задача 5. ( для всех вариантов)
Разработать технологический процесс ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием в нижнем положении со стыковым соединением свариваемых элементов.
Исходные данные для выполнения задания приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Исходные данные для выполнения задания

варианта Марка стали Временное сопротивление при
растяжении
σ В МПа Толщина
свариваемой
стали
d, мм Длина шва
l, мм
1 09Г2С 250 9,0 500
2 10Г2С1* 500 1,5 400
3 08ГДН* 400 2,0 300
4 15Г 420 2,5 650
5 20 420 3,0 260
6 15* 400 3,5 230
7 Ст3 400 4,0 200
8 14ХГС 500 4,5 180
9 08ГДНФ 500 5,0 150
10 09Г2С* 500 5,5 260
11 12Г2СМФ 700 6,0 240
12 14ГХНМ 700 6,5 200
13 15Х 700 7,0 190
14 16ГС* 500 7,5 340
15 12ГН2МФАЮ 850 8,0 260
16 14Х2ГМР 800 8,5 375
17 20Х 800 9,0 330
18 12ХГН2МФБАЮ 900 9,5 300
19 18ХГТ 1000 10,0 270
20 16Г2АФ 600 10,5 500
21 15Г2СФ 560 11,0 460
22 16Г2АФД 580 11,5 440
23 09Г2* 450 12,0 400
24 20Г 460 12,5 373
25 10ХСНД 540 13,0 347
26 17Г1С 520 13,5 330
27 ВСт4 440 14,0 280
28 10Г2* 450 14,5 325
29 25* 460 15,0 310
30 14Г2 460 15,5 290
31 10Г2С1Д 520 16,0 280
32 БСт4 500 2,5 725
33 ВСт6 600 3,0 400
34 БСт0 310 6,0 150
35 cталь 08пс 330 2,0 300
36 cталь30 500 8,0 450
37 cталь 25 460 4 100
38 12ХН 450 10,5 150
39 17ГС 530 16,0 600
40 14Г2 460 1,5 400
* Сварное соединение работает при ударных нагрузках
Перечень рекомендуемой литературы
Бондаренко Г.Г. Материаловедение: учеб/ Г.Г. Бондаренко, Т.А. Кабанова, В.В. Рыбалко; под ред. Г.Г. Бондаренко. – М.:Высш. шк., 2007. – 360с.: ил.
Материаловедение и технология металлов: учеб. для студ. машиностроит. вузов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.:.Ред. Г.П. Фетисов. – М.: Высш. шк., 2002. – 638с.: ил.
Материаловедение, Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева: М. Машиностроение, 2004, 528с.
Материаловедение /под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.
Ржевская С.В. Материаловедение: Учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Московского государственного горного университетеа, 2005. – 456с.
Солнцев, Ю.П. Материаловедение /Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин, Ф. Войткун. - СПб.: Химиздат, 2002.
Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов.6-е изд., испр. и доп. / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, А.Ф. Вязов и др. – М.: Машиностроение, 2005. – 592с.
Технология конструкционных материалов: учеб. пособие / А.Г. Схиртладзе, В.Б. Моисеев, В.А. Скрябин и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – Старый Оскол: ТНТ, 2009. – 360с.
Перечень рекомендуемых ГОСТовГОСТ 380-94. Углеродистая обыкновенного качества сталь.
ГОСТ 503-81. Лента холоднотянутая из низкоуглеродистой стали.Технические условия.
ГОСТ 1050-88. Прокат сортовой калиброванный со специальнойотделкой из углеродистой качественной стали. Общие техническиеусловия.
ГОСТ 1050-88.-Легированные, конструкционные, рессорно-пружинистые стали.
ГОСТ 5632-72. Высоколегированные стали и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные.
ГОСТ 1412-85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.
ГОСТ 7293-85. Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки.
ГОСТ 493-79. Бронза безоловянная литейная.
ГОСТ 1583-90. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия.
ГОСТ 4543-71. Сталь легированная конструкционная.
ГОСТ 5264-80. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные.
ГОСТ 2.312-72. Условные обозначения сварных швов.
ГОСТ 2246-70. Проволока стальная сварочная. Технические условия.
ПРИЛОЖЕНИЕ

Применение качественных углеродистых сталей
Марки
стали Свойства Область применения
Сталь 05, Сталь 08, Сталь 10 мало прочные,
высоко пластичные применяют для холодной штамповки; в горячекатаном состоянии их используют для шайб, прокладок, кожухов и других деталей, изготавливаемых холодной деформацией и сваркой.
Сталь 15, Сталь 20, Сталь 25 цементуемые – после ХТО имеют твердую, износостойкую поверхность и вязкую сердцевину для деталей небольшого размера, невысокой прочности (крепежные детали, втулки, штуцеры, кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.п.)
Стали 30, 35 Обладают большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки для изготовления деталей небольшого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубчатые колеса, маховики, оси. И т.п.)
Стали 40, 45, 50, 55 после нормализации и поверхностной индукционной закалки с нагревом ТВЧ имеют высокую твердость поверхности (HRCЭ 40–58) и сопротивление износу для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках (шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валиков, зубья шестерен и т. п.).
Стали 60, 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г закалкой и средним отпуском достигают высоких упругих и прочностных свойств (σв > 800 МПа) для силовых упругих элементов - плоских и круглых пружин, рессор, упругих колец и других деталей пружинного типа
Химический состав углеродистых качественных сталей
(ГОСТ 1050-88)

Марка стали C,% Mn,%Si,%Cr,%, не более
08кп 0,05–0,12 0,25–0,50 ≤ 0,03 0,10
08пс 0,05–0,11 0,35–0,65 0,05–0,17 0,10
08 0,05–0,12 0,35–0,65 0,17–0,37 0,10
10кп 0,07–0,14 0,25–0,50 ≤ 0,07 0,15
10пс 0,07–0,14 0,35–0,65 0,07–0,17 0,15
10 0,07–0,14 0,35–0,65 0,17–0,37 0,15
11кп 0,05–0,12 0,30–0,50 ≤ 0,06 0,15
15кп 0,12–0,19 0,25–0,50 ≤ 0,07 0,25
15пс 0,12–0,19 0,35–0,65 0,05–0,17 0,25
15 0,12–0,19 0,35–0,65 0,17–0,37 0,25
18кп 0,12–0,20 0,30–0,50 0,17–0,37 0,15
20кп 0,17–0,24 0,25–0,50 0,17–0,37 0,25
20пс 0,17–0,24 0,35–0,65 0,17–0,37 0,25
20 0,17–0,24 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
25 0,22–0,30 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
30 0,27–0,35 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
35 0,32–0,40 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
40 0,37–0,45 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
45 0,42–0,50 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
50 0,47–0,55 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
55 0,52–0,60 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
58 (55пс) 0,55–0,63 ≤ 0,20 0,10–0,30 0,15
60 0,57–0,65 0,50–0,80 0,17–0,37 0,25
Область применения и характеристика отдельных марок
высоколегированных сталей
1X13; 3X13; 4X13 Шплинты и стопорные шайбы в арматуре
20Х13 Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред при комнатной температуре.
40Х13 Режущий, измерительный инструмент, пружины, клапанные пластины компрессоров и другие детали для работы при температуре до + 400 – 450 оС08Х17Т Изделия, работающие в окислительных средах, атмосферных условиях (кроме морской атмосферы). Теплообменники, трубы. Сварные конструкции, не подвергающиеся действию ударных нагрузок и работающие при температуре не ниже -20оС. Заменитель: 12Х17, 08Х18Т1.
9X18 Детали с высокой твердостью и прочностью при коррозионной стойкости
Х14Г14НЗТ детали, подвергающиеся атмосферной коррозии, свариваемые детали и детали из тонкого листа
08Х18Т1 Конструкции, не подвергающиеся воздействию ударных нагрузок и работающие в основном в окислительных средах, например, растворах азотной кислоты. Заменители: 12Х17, 08Х18Т1.
20Х23Н18 Поковки, бандажи для работы при 650-700 оС, детали камер сгорания, хомуты, подвески и другие детали крепления котлов, муфелей при температуре 1000 оС. Заменители: 20Х23Н13, 15Х25Т, 10Х23Н18.
10Х17Н13М2Т Сварные конструкции, работающие в средах повышенной агрессивности, предназначенные для длительных сроков службы.
14Х17Н2 Рабочие лопатки, диски, валы, втулки, крепежные детали, детали компрессорных машин. Детали, работающие в агрессивных средах при пониженных температурах. Заменитель: сталь 20Х17Н2.
Х18Н22В2Т2 Особо напряженные детали для работы в морской воде и окислительных средах при требованиях высокой коррозионной стойкости и повышенной прочности
ОХ18Н12Б Детали арматуры для сред высокой агрессивности, в которых сталь Х18Н10Т не обладает достаточной коррозионной стойкостью
Х14Н18В2Б
Х18Н12Т Жаропрочные с предельными температурами 650-7000С
Применение стали в автомобилестроении
Назначение Марка Примечание
Задние шестерни редуктора 40; 45; 50 20Х; 30Х; 50Х... стали повышенной прочности
12Х; 13А; 12Х2Н4А высоконагруженные, прокаливаемые
25ХГТ; 25Х2ГНТА; 20ХГМ высоконагруженные, работающие в агресинных средах
Крепёжные детали 10кп; 40ХА; 15ХФ; 20Г2 Листовая
штамповка 08кп; 08Фкп холодные, для глубокой вытяжки
10 кп; 15 кп ; сталь 20, 25, 30 для гибки и вырубки
Карданные валы 20Х; 18ХГТ; 15ХГН2ТА Крепёжные высокоточные элементы А11; А12; А40Г Рессоры, пружины 65; 70; 75; 80 для малонагруженных рессор и пружин
65Г; 70Г; 55С2; 60С2А для тяжелонагруженных рессор и пружин
Детали рулевого управления 20ХГМ; 20Х2Н4А;25ХГТ
Рычаги ручного тормоза 20ХП… Лонжероны, поперечины, рамы 12ГН3МФА; 14ХНМБФ
Режимы термической обработки некоторых
легированных сталей
Сталь Температура
закалки, ºС Среда
охлаждения Температура
отпуска, ºС Твёр-достьHRC Назначение
40X 840-860 Вода 200 56 Оси, валы, валы-шестерни, штоки, детали повышенной прочности
9XC 840-860 Масло 180-250 58-62 Свёрла, развёртки,
метчики, гребенки, фрезы, клейма,
деревообрабатывающий
инструмент.
ХВГ 840-860 Масло 140-160 60-62 Инструмент для ручной работы - плашки, сверла, развёртки, деревообрабатывающий инструмент
ШХ15 820-860 Масло 150-160 61-65 Кольца шарикоподшипников с толщиной стенки до 15 - 20 мм. Втулки плунжеров, плунжеры, ролики толкателей, кулачки, оси рычагов и др. детали, от которых требуется высокая твёрдость, износостойкость и контактная прочность
5ХНМ 850 Масло 450-500 44
Молотовые штампы, прессовые штампы и штампы машинной скоростной штамповки.
Х12 950-980 Масло 170-200 62 Гибочные и формовочные штампы сложной формы, матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов
Химический состав, механические свойства и критический диаметр некоторых
конструкционных легированных сталей
Марка стали Содержание элементов, % Механические свойства Dкр, мм
С MnCrNiДругие эле-
ментыσ0,2,
МПа σв,
МПа δ,
% Ψ,
% ΚСU,
МДж/м2 ЦЕМ Е НТУ Е МЫЕ
18ХГТ 0,17-0,23 0,8-1,1 1,0-1,3 - 0,03-0,09 Ti900 1000 9 50 0,8 35
20ХГР 0,18-0,24 0,7-1,0 0,75-1,05 - - 800 1000 9 50 0,8 40-60
25ХГМ 0,23-0,29 0,9-1,2 0,9-1,2 - 0,2-0,3 Mo1100 1200 10 45 0,8 60-80
12Х2Н4А 0,09-0,15 0,3-0,6 1,25-1,65 3,25-3,65 - 950 1150 10 50 0,9 100-120
18Х2Н4МА 0,14-0,20 0,25-0,55 1,35-1,65 4,0-4,4 0,3-0,4 Mo850 1150 12 50 1,0 ≥ 120
УЛУЧШАЕМЫЕ
40Х 0,36-0,44 0,5-0,8 0,8-1,1 - - 800 1000 10 45 0,6 25-35
30ХГС 0,28-0,35 0,8-1,1 0,8-1,1 - 0,9-1,2 Si850 1100 10 45 0,4 50-75
40ХН2МА 0,37-0,44 0,5-0,8 0,6-0,9 1,25-1,65 0,15-0,25 Mo950 1100 12 50 0,8 75-100
38ХН3МФА 0,33-0,4 0,25-0,5 1,2-1,5 3,0-3,5 0,35-0,45 Mo0,1-0,18 V 1100 1200 12 50 0,8 ≥ 100
Химический состав, режимы термической обработки и
твердость некоторых инструментальных сталей
Марка стали Содержание элементов, % по массе Температура, оС Тверд. HRCэ
C CrSiW MoДругие эл-тызакалки отпуска Н И З К О Л Е Г И Р О В А Н Н Ы Е С Т А Л И(ГОСТ 5950-2000)
Х 0,95…1,0 1,3…1,65 0,15…0,35 — — 0,15…0,4Мп 840…860 150…160 62…64
9ХС 0,85…0,95 0,95…1,25 1,2…1,6 — — 0,3…0,6Мп 840…860 140…180 63…64
ХВГ 0,9…1,05 0,9…1,2 — 1,2…1,6 — 0,8…1,1Мп 830…850 140…170 63…64
ХВСГ 0,95…1,05 0,6…1,1 0,65…1,0 0,5…0,8 — 0,6…0,9Мп 840…860 140…160 62…64
ХВ4 1,25…1,45 0,4…0,7 — 3,5…4,3 — 0,15…0,3V 800…820 120…160 64…65
Б Ы С Т Р О Р Е Ж У Щ И ЕС Т А Л И (ГОСТ 19265-73)
Р18 0,7…0,8 3,8…4,4 — 17…18,5 1 1,0…1,4V 1270…1290 550…570 63…65
Р19 0,85…0,95 3,8…4,4 — 8,5…10 1 2,0…2,6V 1220…1240 550…570 63…65
Р6М5 0,8…0,88 3,8…4,4 — 5,5…6,5 5…5,5 1,7…2,1V 1210…1230 540…560 63…65
Методические указания по выполнению контрольных работ
по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
для студентов направления 131000.62 «Нефтегазовое дело»,
заочной формы обучения
«Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
Составители: старший преподаватель Г.Ф. БабюкВ авторской редакции
Подписано в печать 22.12.2013. Формат 6090 1/16. Усл. печ. л. 5.
Тираж 60 экз. Заказ № .
Библиотечно-издательский комплекс
федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
"Тюменский государственный нефтегазовый университет",
625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.
Типография библиотечно-издательского комплекса,
625039, г. Тюмень, ул. Киевская, 52.

Приложенные файлы

  • docx 649934
    Размер файла: 842 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий