Контрольная работа по «Материаловедение, технология конструкционных Материалов. Сварка и диагностика металла»

Линия PQ показывает на уменьшение растворимости  углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который  называется третичным цементитом. Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точка Q), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит + цементит третичный и называются техническим железом. Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит+перлит и заэвтектоидные – перлит+цементит вторичный в виде сетки по границам зерен. В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит+цементит).Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.

5.2 Отметьте на диаграмме сплав, содержащий 3,6 % С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется? 

     Сплав железа с углеродом, содержащий 3,6% С, называется доэвтектическим чугуном. Его структура при комнатной температуре – перлит + цементит + ледебурит.

3. Постройте кривую охлаждения (в интервале температур от 1600ºС до 18ºС) применяя правило фаз Гиббса, опишите происходящие процессы.

 

5.4 Определяем количественное соотношение фаз и содержание углерода в фазах при температуре 1050 С, применяя правило отрезков коноды. 

Правило фаз  устанавливает зависимость между  числом степеней свободы, числом компонентов  и числом фаз и выражается уравнением:

C = K + 1 – Ф,

где С – число  степеней свободы системы;

К – число  компонентов, образующих систему;

1 – число  внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);

Ф – число  фаз, находящихся в равновесии. 
 
 

1. C=2+1-1=2
2. C=2+1-2=1
3. C=2+1-3=0
4. C=2+1-2=1
5. C=2+1-3=0
6. C=2+1-2=1

Отрезок:

ав=23  А`=1.75

вс=37  B`=6.67

ас=60

Qж= %

Qа= %

Qж+Qа=99.9% 

Хж=

     100%ж-  С` %C Хж= =

      Qж%    - Хж%С

Ха=

      100%А-   А` %C Ха=

      Qa%     -  Ха%С

Хж+Ха  
 
 

6. Проведите сравнительный анализ Стали 08 и Стали 45

6.1 Процентное содержание  углерода:

Ст 08= 0,08 %С

Ст45=0,45%С

6.2 Класс по структуре  и процентному  содержанию углерода:

Ст08 Структура: До эвтектоидные, Перлит Феррит “Конструкционные”

По содержанию углерода: Малоуглеродистые (свариваемость хорошая)

Ст45 Структура: До эвтектоидные,  Перлит Феррит “Конструкционные”

По содержанию углерода: Среднеуглеродистые (свариваемость  удовлетворительная)

6.3 Схемы микроструктур:

Ст08 (рис.1) 

Рис.1

 

Ст45 (рис.2) 

Рис.2

 

6.4 Механические свойства:

 
 

6.5 Область применения:

Сталь08: детали, изготовляемые холодной штамповкой и холодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж, колпачки. Цементируемые и цианируемые детали, не требующие высокой прочности сердцевины (втулки, валики, упоры, копиры, зубчатые колеса, фрикционные диски)

Сталь45: детали, от которых требуется повышенная прочность (коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики, плунжеры, шпиндели, фрикционные диски, оси, муфты, зубчатые рейки, прокатные валки и др.)

7. По эскизу разработать деталь:

 

А) Технология получения  заготовки:

Сущность литейного  производства заключается в получении  отливок – литых металлических  изделий путём заливки расплавленного металла в специальную литейную форму, в которой он, остывая, затвердевает и сохраняет её очертания.

1. Литейная технологическая оснастка

Для изготовления литейной формы применяют большое  число различных приспособлений, которые называют литейной оснасткой. В её состав входят модели, подмодельные плиты, стержневые ящики, опоки и  др.

Модели –  приспособления, при помощи которых  в формовочной смеси получают отпечатки полости, соответствующие наружной конфигурации отливки. Отверстия и полости внутри отливки, а также иные сложные контуры образуют при помощи стержней, устанавливаемых в формы при их сборке. 

Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки, на величину линейной усадки сплава. Если отливки подвергаются механической обработке, то в соответствующих размерах модели учитывают размер припусков – слоя металла, удаляемого при механической обработке. Он зависит от размеров отливки и вида сплава. Припуск на верхние поверхности отливки должен быть больше, чем на нижние и боковые поверхности т.к. на верху скапливаются шлаки, частички формовочной смеси и газовые включения.

Отверстия небольших  размеров, полученные литьем, трудно очистить от спёкшейся внутри стержневой смеси, которая отрицательно влияет на стойкость режущего инструмента при последующей механической обработке. Поэтому литьём следует выполнять отверстия, диаметр которых превышает 25 – 30 мм.

Чтобы легче  удалить модель из формы, поверхности её расположенные параллельно направлению движения при извлечении из формы, выполняют с формовочными уклонами, зависящими от высоты отливки. Без уклонов при извлечении модели может быть разрушение формы и осыпание формовочной смеси.

Для получения  в форме отпечатков знаковых частей стержней, которыми стержень крепится в форме, модель имеет знаки –  выступающие части. Сопряжение стенок в отливках должны быть плавными, без  острых углов. Скругление внутренних углов  называется галтелью, наружных – закруглением.

Модели делают из древесины, металлических сплавов  и пластмасс. Деревянные модели изготавливают  из плотной хорошо просушенной древесины (сосна, ясень, бук и др.). Для предотвращения коробления модель делают не из целого куска древесины, а склеивают из отдельных брусочков так, чтобы направление волокон было различным. Преимущество деревянных моделей – дешевизна, простота изготовления, небольшая масса; основной недостаток – недолговечность.

Металлические модели имеют значительно большую долговечность, высокую точность и чистую рабочую поверхность. Такие модели чаще всего делают из алюминиевых сплавов, которые имеют малую плотность, не окисляются, хорошо обрабатываются резанием.

Модели из пластмасс  устойчивы к действию влаги, не подвергаются короблению, имеют небольшую массу. Перспективным является применение моделей из вспененного полистирола, газифицирующегося при заливке металла и их не надо вынимать из формы перед заливкой. 

Стержневые ящики  служат для изготовления стержней и  должны обеспечивать равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Как и модели, они имеют уклоны; при назначении размеров ящика учитывают усадку сплава и припуск на обработку. Стержневые ящики делают из тех же материалов, что и модели, а по конструкции неразъёмными (вытряхными) и разъёмными.

Опоки – прочные  металлические рамы различной формы  предназначены для изготовления литейных полуформ из формовочных смесей. Их изготовляют из серого чугуна, стали, алюминиевых сплавов и могут  быть литыми, сварными или сборными из отдельных литых частей. Стенки опоки часто делают с отверстиями для уменьшения их массы, удаления газов из формы и для лучшего скрепления формовочной смеси с опокой. Соединяют опоки штырями и центрирующими отверстиями в приливах. Для скрепления опок применяют скобы или другие приспособления.

2. Формовочные  и стержневые смеси

В литейном производстве наиболее распространено получение  отливок в разовых формах, изготовленных  из песчано-глинистых и других смесей. Разовая форма пригодна для получения только одной отливки. При выемке (выбивке) готовой детали форму разрушают.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать определенными механическими, технологическими и теплофизическими свойствами, основными из которых являются: прочность, поверхностная прочность, пластичность, податливость, непригораемость, газопроницаемость и др.

Прочность –  способность смеси обеспечивать сохранность формы (стержня) без  разрушения при её изготовлении и  использовании. Формы не должны разрушаться  от толчков при сборке и транспортировке, выдерживать давление заливаемого металла.

Поверхностная прочность (осыпаемость) – сопротивление  истираю-щему воздействию струи  металла. Если она недостаточна, то происходит отделение частиц формовочной  смеси, которые попадают в отливку.

Пластичность  – способность смеси воспринимать очертания модели (стержневого ящика) и сохранять полученную форму.

Податливость  – способность смеси сокращаться  в объёме под действием усадки металла. При недостаточной податливости в отливке возникают напряжения, которые могут привести к образованию трещин. 

Непригораемость – способность смеси выдерживать высокую температуру заливаемого сплава без оплавления и химического с ним взаимодействия. Плёнки пригара ухудшают качество поверхности и затрудняют последующую обработку. При оплавлении смеси резко снижается её газопроницаемость.

Газопроницаемость – способность смеси пропускать газы через стенки формы вследствие пористости. В расплавленном металле  всегда содержатся растворённые газы, выделяющиеся при его охлаждении и затвердевании. Большое количество водяных паров и газов выделяется также из самих формовочных материалов при их нагревании. При недостаточной газопроницаемости в теле отливки могут образоваться газовые пузыри – раковины.

Для приготовления  формовочных и стержневых смесей используют как природные, так и искусственные материалы. Песок – основной исходный материал смесей. Наиболее часто применяют кварцевый песок, в основном состоящий из кремнезема, обладающего высокой прочностью, твёрдостью, огнеупорностью tпл = 1713 оС. Мелкозернистые пески используют для мелкого литья, что обеспечивает получение гладкой поверхности отливок. Для крупных отливок применяют крупнозернистые пески, обеспечивающие более высокую газопроницаемость формовочной смеси.

Реже для формовочных смесей применяют цирконовый песок tпл = 2000 оС, хромит (хромистый железняк) tпл = 1850 оС и некоторые другие материалы. Они превосходят кварцевый песок по термохимической устойчивости, теплопроводности, но они более дороги; их используют в особо ответственных случаях, например, для получения крупных стальных отливок с чистой поверхностью.

Глина – второй основной исходный материал в формовочных  смесях. Она является связующим веществом, обеспечивающим их прочность и пластичность. На практике наиболее широко используют каолинитовые или бентонитовые глины. В присутствии влаги на поверхности глинистых частиц образуются гидратные оболочки из молекул воды, которые обеспечивают сцепление частиц и вместе с тем лёгкое скольжение между ними. Чем больше глина удерживает на поверхности воды, тем выше её связующая способность, а также и пластичность формовочной смеси. При нагревании (сушке) по мере удаления влаги прочность смеси возрастает.