Контрольная работа по "ТКМ и материаловедению"

Министерство образования Российской Федерации

Чайковский технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего  профессионального образования

«Ижевский государственный технический  университет 

имени М.Т. Калашникова»

 

 

кафедра «Автомобильный транспорт»

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 по дисциплине «ТКМ и материаловедение»

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы  ЭТТМиК-11оз

                                                  Петров С.О.

                        Проверила: ст. преподаватель

          Кулагина  Г.В.

 

 

 

 

 

 

 

Чайковский-2012

Задача  №1

Сталь 15Х (Сталь конструкционная легированная).

Применение: втулки, пальцы, шестерни, валики, толкатели и другие цементуемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.

Химический состав стали 15Х в %:

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.12 - 0.18	0.17 - 0.37	0.4 - 0.7	до 0.3	до 0.035	до 0.035	0.7 - 1	до 0.3

 

Цементация – диффузионное насыщение поверхностного слоя детали углеродом. После цементации выполняется термическая обработка – закалка и низкий отпуск. Такие детали должны иметь твердую закаленную поверхность, хорошо сопротивляющуюся истиранию, и вязкую сердцевину, способную выдерживать динамические нагрузки Цементации подлежат детали из стали, содержащей до 0,3 % углерода. Поверхность деталей насыщается углеродом в пределах от 0,8 до 1 % цементации, осуществляется в твердых, жидких и газообразных средах. В качестве карбюризатора в частности служит смесь древесного угля (60–90 %) и углекислых солей бария (BaCO3) и натрия (NaCO3).

При нагреве  углерод древесного угля соединяется  с кислородом воздуха, образуя окись  углерода (CO), которая разлагается  с образованием атомарного углерода, диффундирующего в деталь: 2COCO2 + Cатомарный.

С повышением температуры  и времени выдержки толщина цементированного слоя увеличивается, глубина его  достигает 0,5–2 мм на каждые 0,1 мм толщины  слоя, требуется выдержка около 1 ч. При массовом и крупносерийном производствах хорошие результаты дает газовая цементация в специальных герметически закрытых печах. По сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе газовая цементация дает возможность повысить скорость процесса, увеличить пропускную способность оборудования и производительность труда.

После цементации детали подвергают термической обработке  для обеспечения высокой твердости  поверхности, исправления структуры  перегрева и устранения карбидной  сетки в цементированном слое. Закалку производят при температуре +780–850 °C с последующим отпуском при +150–200 °C.

Для термической обработки применяют закалку и отпуск.

Закалка — вид термической обработки изделий из металлов и сплавов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т. е. полиморфного превращения), с последующим быстрым охлаждением, как правило, в жидкости (воде или масле).

Отпуск - называется процесс термической обработки, при котором закаленная сталь нагревается ниже критической точки Ас1, выдерживается определенное время, а затем охлаждается.

Механические  свойства стали 15Х:

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Поковки	до 100		390	195	26	55	590	Нормализация
Поковки	100 - 300		390	195	23	50	540	Нормализация
Пруток	Ж 15		690	490	12	45	690	Закалка 880 °C, вода, Закалка 770 - 820 °C, вода, Отпуск 180 °C, воздух

Твердость материала 15Х  после отжига	HB 10 -1 = 179 МПа
Твердость материала 15Х  калиброванного нагартованного	HB 10 -1 = 207 МПа

 

 

Задача  №2

Для крупного вырубного штампа выбираем сталь Х12М (сталь инструментальная штамповая).

Данная сталь используется для изготовления накатных роликов, волочильных досок и волок, глазков для калибрования металла; матриц и пуансонов вырубных штампов; пуансонов и матриц холодного выдавливания, эксплуатируемых с рабочими давлениями до 1400-1600 мПа.

 

 

 

Химический состав стали Х12М в %:

C	Si	Mn	S	P	Cr	Mo	V
1.45 - 1.65	0.15 - 0.35	0.15 - 0.4	до 0.03	до 0.03	11 - 12.5	0.4 - 0.6	0.15 - 0.3
Твердость материала Х12М после  отжига          HB 10 -1 = 255 МПа

 

 

Технологический процесс изготовления и термической обработки рабочих частей штампа — матриц и пуансонов из стали марок Х12 и Х12М — состоит из следующих операций:

отжига заготовок; предварительной механической обработки; первой предварительной закалки в масле с 1000° С; первого предварительного высокого отпуска при температуре 630-660° С;

окончательной механической обработки; ступенчатого нагрева в камерных печах под закалку (сначала нагрев до 600—650° С с выдержкой до полного нагрева; затем нагрев до 1050—1100° С с выдержкой при этой температуре из расчета 0,5 минуты на каждый миллиметр толщины штампа и охлаждение в масле — части крупных штампов или на спокойном воздухе — части мелких штампов); отпуска при температуре 450—550° С в течение 2—4 часов; шлифования.

Твердость деталей  штампов для холодной штамповки  должна быть в среднем HRC52—62.

 

Состав и свойства:

Но кроме хрома, она характеризуется  также высоким содержанием железа. Благодаря этому ей присущи такие свойства:

- повышенная износостойкость; 
- устойчивость против истирания;  
- слабая деформация при закалке; 
- достаточный уровень вязкости и пластичности;  
- высокая прокаливаемость.

При всем этом, как и некоторые  другие стальные материалы ее разряда, сталь х12м закаливается на первичную и вторичную твердость (причем во втором случае - при показателях температуры 1110-1170°С). А за счет определенной доли молибдена и ванадия при прокалке в ее структуре сохраняется мелкое зерно.

Доводка вырубного штампа:

Первоначально доводят зазоры на участке  резания, затем проводят пробную  штамповку на прессовом оборудовании и выравнивают зазоры между пуансоном  и матрицей по всему контуру вырезки.

Доводка вырубных или обрезных штампов, в которых секции расположены на равной высоте, а рабочая поверхность имеет сферическую форму, может быть затруднена из-за несогласованности работы прижимных и фиксирующих плоскостей верхнего прижима с работой матрицы. Дефект устраняют шлифованием указанных поверхностей с подгонкой их по объемной форме заготовки, полученной при вытяжке.

Вогнутость на одном  из вырезаемых участков образуется вследствие плохого прилегания детали к фиксирующей  поверхности матрицы в момент вырезки или обрезки. Дефект устраняют  подгонкой ручной пневматической машиной с шлифовальным кругом или головкой по окрашенным местам рабочих кромок секций штампа и выталкивателя.

 

Задача  №3

Для лопаток реактивных и турбореактивных двигателей применяем сплав 20Х13. (Сталь коррозионно-стойкая (нержавеющая) жаропрочная).

 

Химический состав в %:

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr
0.16 - 0.25	до 0.6	до 0.6	до 0.6	до 0.025	до 0.03	12 - 14

 

Назначение: детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода), а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред (атмосферные осадки, водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре и др.). Лопатки паровых турбин, болты, трубы.

Примечание: наибольшая коррозионностойкость достигается после термической  обработки (закалка с отпуском) и  полировки.  

Температура начала интенсивного окалинообразования  –  750оС.

Рекомендуемая температура применения  – 500оС.

Срок работы – весьма длительный.

Сталь  преимущественно применяется  как коррозионно-стойкая, а  также применяется как жаропрочная.

Температура ковки, оС: начала 1250, конца 850. Сечения до 150 мм охлаждаются на воздухе, 150 - 400 мм необходим низкотемпературный отжиг с одним переохлаждением.

Свариваемость – ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АрДС и КТС. Подогрев и термическая обработка применяются  в зависимости от метода сварки, вида и назначения конструкции.

Обрабатываемость резанием – в  закалённом и отпущенном состоянии  при НВ 241, σВ=730 МПа,  Kυ б. ст=0,45 ,       Kυ тв. спл=0,7        

 Склонность к отпускной хрупкости –  склонна.

Сортамент, форма и размеры стали  должны соответствовать требованиям