Контрольная работа по "Материаловедение"

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Вопрос 6. Испытание металлов на растяжение

 

     Для испытания готовят образцы круглого (рисунок 1.1, а) или прямоугольного (рисунок 1.1, б) сечения.

      

     Рисунок 1.1 - Конфигурация образцов:

     ∇ – показатель качества поверхности (∇ – резание; ∇∇ – шлифовка;

     ∇∇∇ – полировка); D – диаметр захвата; d0 – диаметр шейки (рабочей зоны); b0 – длина рабочей зоны; h – длина захвата (зажима); b, a – сечение прямоугольного образца; L – общая длина; В – ширина захвата 

     Стандартные образцы помещают в машину для  растяжения, изгиба, сжатия (рисунок 1.2). 

     

     Рисунок 1.2 - Установка для механических испытаний:

     1 – станина; 2 – стойки; 3, 4 – верхний  и нижний захваты при растяжении;  5 – образец; 6 – опоры при испытании  на изгиб и сжатие;

     7 – гидравлические манометры,  измеряющие давление; 8 – шкала  для фиксирования нагрузки деформации; 9 – регулятор скорости нагружения  

     При растяжении стандартных образцов с  площадью поперечного сечения F0 и  рабочей длиной l0 строят диаграмму  растяжения в координатах «нагрузка–удлинение», потом переводят в «напряжение–деформация» (рисунок 1.3).

     Выделяют три участка:

1. 0 – σп.ц – напряжение, при котором заканчивается упругое деформирование;
2. σп.ц – σ02 – условный предел текучести, при котором пластическая деформация соответствует не менее 0,2 %;
3. на участке σ02 – σв материал упрочняется (наклеп), потом разрушается. Это напряжение называется пределом прочности: σв = Рmax/F0.

     

     Рисунок 1.3 - Кривая растяжения образца

1. Диаграммы растяжения мягкой стали и хрупких   металлов

 

       

     Рисунок 1.1.1 – Диаграмма растяжения чугуна 

     Диаграмма растяжения и диаграмма условных напряжений хрупких материалов по виду напоминает диаграмму мягких статей за тем исключением, что не наблюдается снижения нагрузки (напряжения) вплоть до точки разрушения. Кроме того, данные материалы не получают таких больших удлинений как пластичные и по времени разрушаются гораздо быстрее. На диаграмме хрупких материалов уже на первом участке имеется ощутимое отклонение от прямолинейной зависимости между нагрузкой и удлинением (напряжением и деформацией), так что о соблюдении закона Гука можно говорить достаточно условно. Так как пластических деформаций хрупкий материал не получает, то в ходе испытания не определяют предела текучести. Не имеет особенного смысла также рассчитывать и относительное сужение образца, так как шейка не образуется и диаметр после разрыва практически не отличается от исходного [2].

       

     Рисунок 1.1.2 - Диаграмма растяжения стали  Ст3 

Предел прочности марок сталей: Ст3 – 380-490 МПа, Ст6 – 600 МПа,

Сталь 08 – 330 МПа.

Предел  прочности марок чугунов: КЧ 50-4 – 500 МПа, СЧ 15 – 147 МПа. 
 
 
 
 
 
 

2. Вопрос 22. Поверхностная закалка стали токами высокой частоты

 

     Метод разработан советским ученым Вологдиным В.П. Основан на том, что если в  переменное магнитное поле, создаваемое  проводником-индуктором, поместить  металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой [1].

     Обычно  используются машинные генераторы с  частотой 50…15000 Гц и ламповые генераторы с частотой больше 106 Гц. Глубина закаленного слоя – до 2 мм.

     Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует  внешней форме изделия, при этом необходимо постоянство зазора между  индуктором и поверхностью изделия.

     

     Рисунок 2.1 - Схема технологического процесса закалки ТВЧ 

     После нагрева в течение 3…5 секунд индуктора 2 деталь 1 быстро перемещается в специальное  охлаждающее устройство – спрейер 3, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается закалочная жидкость. 

     Высокая скорость нагрева смещает фазовые  превращения в область более  высоких температур. Температура  закалки при нагреве токами высокой  частоты должна быть выше, чем при  обычном нагреве. При правильных режимах нагрева после охлаждения получается структура мелкоигольчатого мартенсита. Твердость повышается на 2…4 HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастает износостойкость и предел выносливости.

     Перед закалкой ТВЧ изделие подвергают нормализации, а после закалки  низкому отпуску при температуре 150…200 С (самоотпуск).

     Наиболее  целесообразно использовать этот метод  для изделий из сталей с содержанием  углерода более 0,4 %.

     Преимущества  метода:

• большая экономичность, нет необходимости нагревать все изделие;
• более высокие механические свойства;
• отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности детали;
• снижение брака по короблению и образованию закалочных трещин;
• возможность автоматизации процесса;
• использование закалки ТВЧ позволяет заменить легированные стали на более дешевые углеродистые;
• позволяет проводить закалку отдельных участков детали.

     Основной  недостаток метода – высокая стоимость  индукционных установок и индукторов.

     Целесообразно использовать в серийном и массовом производстве. 
 
 
 

3. Вопрос 32. Марки сплавов для изготовления: отливки из алюминиевого сплава, плашки для нарезания резьбы, измерительного инструмента (калибра-скобы).

1. Отливки из алюминиевого сплава

     Для отливок из алюминиевых сплавов  рекомендуется: АЛ24 согласно [1, стр. 10]. Данный сплав обладает повышенной требуемыми свойствами:  жидкотекучестью, обеспечивающей получение тонкостенных и сложных по конфигурации отливок, сравнительно невысокой линейной усадкой, пониженной склонностью к образованию горячих трещин. Относится к алюминиевым литейным коррозионно-стойким сплавам.

     Состав  сплава АЛ24:

• Fe до 0,5% 
• Si до 0,3%
• Mn 0,2 - 0,5%
• Ti 0,1 - 0,2%
• Al 91,9 - 94,7%
• Cu до 0,2%
• Zr до 0,1%
• Be до 0,1%
• Mg 1,5 – 2%
• Zn 3,5 - 4,5%

     Применяется для изготовления фасонных отливок.

       
 
 

2. Плашки  для нарезания резьбы

 

     Сплавы  для плашек для нарезания резьбы должны обладать следующими свойствами: повышенной твердостью, в том числе и в отожженном состоянии, пониженной обрабатываемостью и шлифуемости. Всеми этими свойствами обладает 9ХС. Данный сплав рекомендован для изготовления зуборезного инструмента, резцов, метчиков в связи с пониженной шлифоемости и высокой твердости.

Состав  сплава:

• Вольфрам (W), не более 0,20%
• Ванадий (V), не более 0,15%
• Кремний (Si) 1,20-1,60%
• Медь (Cu), не более 0,30%
• Молибден (Mo), не более 0,20%
• Марганец (Mn) 0,30-0,60%
• Никель (Ni), не более 0,35%
• Титан (Ti), не более 0,03%
• Фосфор (P), не более 0,030%
• Хром (Cr) 0,95-1,25%
• Сера (S), не более 0,030%
• Fe остальное

     У стали 9ХС наблюдается равномерное  распределение карбидов по сечению. Это позволяет использовать ее для  резьбонарезных инструментов с мелким шагом резьбы, особенно для круглых  плашек. 
 
 
 

3. Измерительный инструмент (калибр-скоба)

     Сплавы  для изготовления измерительного инструмента (калибра-скобы) должны обладать следующими свойствами: высокой твердостью и износоустойчивостью, отсутствием повышенного коробления при закалке, стабильностью в размерах в течение длительного времени. Последнее требование обеспечивается минимальным температурным коэффициентом линейного расширения и сведением к минимуму структурных превращений во времени.

     Примем  сталь ХВГ. Данная сталь относится к инструментальным легированным сталям.

     Состав  сплава:

• C 0.9 - 1.055 
• Si 0.1 - 0.4 
• Mn 0.8 - 1.1 
• Ni до   0.35 
• S до   0.03 
• P до   0.03 
• Cr 0.9 - 1.2 
• Mo до   0.3 
• W1.2 - 1.6 
• Cu до   0.3
• Fe остальное

4. Вопрос 47. Процесс литья термопластических материалов под давлением

 

     С технологической точки зрения процесс  литья термопластических материалов под давлением состоит из следующих основных операций: дозирования, нагрева и расплавления материала, инжекции (впрыска под давлением) пластифицированного материала в сомкнутую форму, охлаждения деталей в форме, размыкания последней и удаления из нее готовых деталей.

     Широкое распространение червячные литьевые машины.

       Процесс литья под давлением  на червячной литьевой машине  сводится к следующему (рисунок 4.1). Материал в виде гранул засыпается в бункер 7, откуда равномерно и непрерывно захватывается червячным дозатором-пластификатором 5, нагревается, пластифицируется и продвигается в переднюю зону нагревательного цилиндра 10, где за счет тепла, получаемого от нагревателей 6₁ – 6₃, окончательно пластифицируется (плавится и переходит в вязкотекучее состояние).

       Расплавленный материал периодически  проталкивается через мундштук  в центральный канал с соплом 4 и в полость 5 предварительно  сомкнутой и придвинутой формы,  при этом происходит заполнение  формы под давлением (впрыскивание  материала). Заполненная форма некоторое время выдерживается под напорным давлением материала. В противном случае изделие не получится плотным. Во время выдержки под давлением за счет охлаждения формы водой, протекающей по каналам 2, изделие в форме остывает и твердеет.

       После окончания впрыскивания  поршень 9 отводится в заднее (правое) положение и одновременно форма  размыкается на две полуформы  1 и 3. Изделие толкателем выбрасывается  из полости формы. Затем начинается  отливка следующей детали. Нажимается  кнопка пуска (при автоматическом режиме нажатия кнопки не требуется), и цикл повторяется [4].