Контрольная работа по "Технология"

При непрерывном  нагревании температуры окончания образования аустенита и его гомогенизации повышаются с ростом скорости нагревания (смотрте точки пересечения кривых нагревания V₁ и V₂ с линиями диаграммы на рисунке; υ₁ > υ₂). Для получения количественных данных при непрерывном нагревании необходимо строить соответствующую термокинетическую диаграмму.

С увеличением  дисперсности исходной структуры время окончания всех этапов аустенитизации уменьшается. Этому способствует не только уменьшение путей, которые должны пройти границы растущих аустенитных зерен, но и увеличение градиента концентраций углерода в аустените, так как та же максимальная разность концентраций, например C_b — C_a, приходится на меньшую длину.

В углеродистых сталях образование и гомогенизация аустенита протекают довольно быстро. При печном нагреве время выдержки больше времени окончания гомогенизации аустенита, которое при обычных температурах нагрева составляет максимум несколько минут (включая все процессы аустенитизации).

Гомогенизация аустенита идет гораздо дольше в  легированных сталях. Легирующие элементы неравномерно распределены между ферритом и карбидом.

Некарбидообразующие элементы находятся в феррите, а карбидообразующие — преимущественно в карбиде. По окончании перлитоаустенитного превращения аустенит неоднороден.

Рассмотренные процессы аустенитизации играют важную роль при скоростном индукционном нагреве, когда время пребывания стали в области температур аустенитизации очень мало.

 

7.   Обоснованно  назначьте режим ТО для заготовки шатуна, изготовленного из стали 40 сечением 60 мм. Поясните.

 

  Из приложения, табл.№1 значения температур основных критических точек для стали 40  будут соответствовать, в  ⁰С  :

    A_c1=730; A_c3 (A_cm)=790; A_r3(A_rcm)=780; A_r1=690; М_н=340.

 С учетом перечисленных выше условий эксплуатации заготовки шатуна и положения критической точки A_c3  для выбранной марки стали определяю  необходимую термическую обработки с целью получения высокой поверхностной твердости (противостояние износу) и вязкой, достаточно прочной сердцевины (противодействие ударным нагрузкам).

ТО – закалка  820-840⁰С (выше точки A_c3 на 30-50 ⁰С), охлаждение легированных сталей, как правило, замедленное, поэтому среда охлаждения – масло.

Отпуск после  закалки, естественно, низкий. Температура отпуска  180-200⁰С,  структура поверхностного слоя - легированный мартенсит отпуска с твердостью около HRC 60. При этом твердость сердцевины будет находиться в пределах  НВ300-320, несмотря на то, что углерода в сердцевине крайне мало. При низком отпуске твердость сердцевины несколько снижается, на 30…40 единиц НВ.

Как правило, время  нагрева и выдержки стали на 1мм сечения детали (заготовки) при закалке  и отпуске различно и зависит  от многих факторов (от толщины детали, общих габаритов и массы, от теплопроводности стали, мощности печи и др.). Поэтому, как правило, при выборе технологии серийного производства конкретных изделий и марок сталей предварительно проводят  корректирующее апробирование этой стали с целью окончательной отработки всех параметров режима ТО. 

 

8.  Расшифровать  следующие марки материалов:

      А12; Х6ВФ; Бр.АЖНМц9-4-4-1; 38ХН3МА.

 

А12 - по своему назначению данная марка относится к конструкционным сталям является низколегированной (<2,5%); количество вредных примесей (серы и фосфора) определяют эту сталь, как качественную; и, наконец, содержание углерода (0,12%) позволяет отнести сталь А12 к группе автоматных углеродистых сталей, хорошо обрабатываемых резанием.

Х6ВФ – по своему назначению данная марка относится к инструментальным сталям является легированной (>2,5%); количество вредных примесей (серы и фосфора) определяют эту сталь, как качественную; и, наконец, содержание углерода (более 1%), хрома (6 %), вольфрама(до 1%), ванадия (до 1%) позволяет отнести сталь Х6ВФ к группе хромистых высокоуглеродистых сталей, легированных вольфрамом и ванадием.

Бр.АЖНМц9-4-4-1 - Бронза безоловянная, обрабатываемая давлением c содержанием алюминия 9%, железа -4%, никеля -4% и марганца – 1%, а все остальное это медь – 82%. -

38ХН3МА - по своему назначению данная марка относится к конструкционным сталям является легированной (>2,5%); количество вредных примесей (серы и фосфора) определяют эту сталь, как высококачественную; и, наконец, содержание углерода (0,38%) хрома(до 1%), никеля (3%), молибдена (до 1%)позволяет отнести сталь 38ХН3МА к группе хромоникелемолибденовых сталей.

 

 

9. Перечислите  основные способы производства  стали. Дайте им краткую, отличительную  друг от друга характеристику. Объясните, почему получение стали  невозможно без основного продукта  доменного производства?

 

С момента изобретения  стали, менялись и совершенствовались способы ее производства. В настоящее время существует несколько приоритетных способов производства стали. К ним относятся кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный способы производства (или плавления) стали. В основе всех этих способов лежит окислительный процесс, направленный на снижение в чугуне некоторых веществ. Давайте остановимся на каждом способе более подробно и рассмотрим их отличия.

Кислородно-конвертерный способ.

Первое использование кислородно-конвертерного способа приходится на пятидесятые годы двадцатого столетия. В процессе производства стали, чугун продувают в конвертере чистым кислородом. При этом, процесс происходит без затраты топлива. Для того, чтобы переработать 1 тонну чугуна в сталь требуется около 350 кубометров воздуха. Стоит отметить, что кислородно-конвертерный способ получения стали является наиболее актуальным на сегодняшний день. При этом, процесс не ограничивается на одном способе вдувания кислорода. Различают кислородно-конвертерный процесс с комбинированной, верхней и нижней поддувкой. Конвертерный способ производства стали с комбинированной поддувкой является наиболее универсальным.

Для осуществления  этого метода необходим конвертер. Подача кислорода осуществляется через водоохлаждаемую фурму под давлением. В данном случае, процесс окисления является наиболее значимым. Окисление чугуна происходит под воздействием дутья. В результате окисления выделяется тепло, что способствует снижению примесей и повышению температуры металла. далее происходит так называемое раскисление металла.

Мартеновский  способ.

В процессе производства стали мартеновским способом, участвует  специальная отражательная печь. Для того чтобы нагреть сталь  до нужной температуры (2000 градусов), в печь вводят дополнительное тепло с помощью регенераторов. Это тепло получают за счет сжигания топлива в струе нагретого воздуха. Обязательное условие – топливо должно полностью сгорать в рабочем пространстве. Особенностью мартеновского способа производства стали является то, что количество кислорода, подаваемого в печь, превышает необходимый уровень. Это позволяет создать воздействие на металл окислительной атмосферы. Сырье (чугун, железный и стальной лом) погружается в печь, где подвергается плавлению в течение 4 – 6 часов. В процессе плавления есть возможность проверять качество металла, путем взятия пробы. В мартеновской печи возможно получать специальные сорта стали. Для этого в сырье вводят необходимые примеси.

Электросталеплавильный  способ.

В результате электросталеплавильного  способа, получают сталь высокого качества. Процесс этот происходит в специальных электрических печах. Основной принцип электросталеплавильного способа производства стали – использование электроэнергии для нагрева металла. Механизм производства следующий: в результате горения нагревательного элемента, выделяется тепло, за счет преобразования электроэнергии в тепловую энергию. Важно отметить, что процесс выплавки связан с выработкой шлаков. Качество получаемой стали во многом зависит от количества и состава шлаков. Основной причиной образования шлаков, в процессе производства стали, является окисление шихты из оксидов.

Благодаря шлакам, происходит связь оксидов, которые  образуются в процессе окисления  чугуна, а так же удаление ненужных примесей. Кроме этого, шлаки являются передатчиками тепла и кислорода. Присутствие шлаков в процессе производства стали оказывает благотворное влияние на качество стали. Определенное соотношение количества шлаков выводит из стали ненужные вредоносные вещества, например, фосфор. Кроме вышеперечисленных способов производства стали, известны и такие способы, как производство стали в вакуумных индукционных печах, плазменно-дуговая сварка.

Давайте подробнее  остановимся на способе производства особо чистой стали, а так же жаропрочных сплавов. Суть способа состоит в выплавке в вакуумных печах. После такой выплавки, сталь дополнительно переплавляют вакуумным дуговым переплавом. Что дает возможность получения качественной однородной стали. Такая сталь применяется, в основном, в авиакосмической промышленности, атомной энергетике и других важных отраслях. Мы рассмотрели основные способы производства стали. Выбор способа всегда зависит от поставленных задач, удобства применения оборудования, необходимого качества полученной стали и от других факторов. Естественно, что каждый способ имеет свои преимущества и свои недостатки.

Продуктами  доменной плавки являются чугун, шлак и доменный газ. 
Чугун — основной продукт доменной плавки. Чугун используется для изготовления изделий путем литья либо переплавляется в сталь.

Сравнивая химический состав чугуна и стали, видим, что  чугун содержит больше примесей, главным  образом углерода, кремния, марганца, серы и фосфора. Отсюда следует, что  процессы получения стали из чугуна сводятся к понижению количества входящих в состав чугуна примесей. Ниже приводится химический состав одного из чугунов и параллельно состав полученной из него стали. Уменьшения количества примесей в чугуне достигают посредством окислительных процессов.

Таким образом, если примеси получили доступ в состав чугуна вследствие реакций восстановительного характера, то удаление их следует производить  посредством реакций окислительных.

 

 

10. Расшифруйте полное условное обозначение электрода:

           Э42А – УОНИИ-13/45 – 4,0 – УД1    ГОСТ 9466

                       Е41 2 (3) – Б20                     ГОСТ 9467

 

Э42А - тип электрода, характеризуют гарантированное минимальное временное сопротивление разрыву в 42 кгс/мм², а буква А — повышенные пластические свойства, вязкость и ограничения по химическому составу.

УОНИИ-13/45 - марка электрода (универсальная обмазка научно исследовательского института13)

4,0 – диаметр электрода 4 мм.

УД1 - для сварки углеродистых и низколегированных сталей (У), с толстым покрытием (Д), перой группы по качеству(1)

Е41 2 (3 - группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва по ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75 (минимальные значения показателей механических свойств наплавленного металла и металла шва при нормальной температуре временного сопротивления разрыву σ_в  410 Н/мм² и 42 кгс/мм², относительного удлинения δ₅  22%, минимальная температура, при которой ударная вязкость металла шва и наплавленного металла a_Н45, составляет не менее 3,5 кгс ∙ м/см², Т_х= - 20°С

Б20 - основной тип  покрытия – Б, использование во всех пространственных положениях, кроме вертикального вниз – 2, на постоянном токе обратной полярности – 0.

 

11. Выбрать тип  и марку электрода, произвести  расчет параметров режима ручной  дуговой сварки и необходимого количества электродов для сварки элементов конструкции из стали Ст.3сп. Геометрия поперечного сечения и длина шва приведены в приложении ( табл. №5)   в соответствии с заданным вариантом ДКР.

 

№ варианта ДКР	Толщина элементов, b,  мм	Форма кромок	Характер выполненного шва	Форма поперечного сечения
1	3	Без скоса кромок	Односторонний	a =2мм; L=500мм.

 

1.  Анализ  химического состава и физико-механических  свойств свариваемой стали марки Ст.3сп.

Из приложения, табл.№3, п.1 выписываю химический состав и физико-механические свойства:              

                               Химический состав, %:

С (0,14-0,22); Mn (0,40-0,65); Si (0,12-0,30);

P<0,04; S<0,05; Cr<0,30; Ni<0,30; Cu<0,30; As<0,08.

                      Механические свойства

(сталь горячекатаная, для толщин 20-40мм):

σ_в=370-480МПа; σ_0,2 > 235МПа;  δ > 25%;  ψ=56-60%; KCU=65-80Дж/см².                 

2. Из приложения, табл. №4 выбираю наиболее близкий  по химическому составу и физико-механическим свойствам сварочный электрод. Критерием  оценки близости химического состава между заданной маркой свариваемой стали и выбранным электродом можно считать углеродный эквивалент этих материалов:

С_ЭКВ.= С,% + Р,%/2 + Мо,%/4 + (Cr+V),%/5 + Mn,%/6 + Ni,%/15.

    Проведенные  расчеты показали, что наиболее высокую сходимость результатов по углеродному эквиваленту с маркой стали Ст.3сп.  показал электрод типа Э12ХМФ марки 48Н-6 (табл. №4, п.13).  Процентное соотношение С_ЭКВ. электрода к  С_ЭКВ. стали составило почти 93%. Физико-механические свойства свариваемой стали и наплавленного металла выбранного электрода также очень близки:

для стали - σ_в=370-480МПа;  δ > 25%;  KCU=65-80Дж/см².;

для наплавленного  металла - σ_в >580МПа; δ=19-24%; KCU=85 Дж/см².

3. Рассчитываем  основные параметры режима ручной  электродуговой сварки.  Из полного условного обозначения выбранного электрода определяем род и полярность тока – последняя цифра знаменателя (0) обозначает постоянный ток обратной полярности, т.е. свариваемая деталь должна быть катодом.  Исходя из этого, источником питания могут служить сварочные генераторы или выпрямители – источники постоянного тока.

Далее, по толщине  свариваемых элементов выбираем диаметр электрода. При толщине  деталей, равной 3,0мм,  выбираем электрод с диаметром металлического стержня - 2,0 мм.

Из условия  задачи известно, что сварка проводится в нижнем пространственном положении, поэтому предварительную величину силы тока определяем по диаметру  электрода,  используя  эмпирическую  зависимость  I = k d_эл , находим величину сварочного тока, где k= 30 при d_эл = 3мм и k= 40-50 при d_эл = 4-6мм. В результате расчета величина силы тока будет примерно равна 60А.   

4. С учетом  заданной геометрии поперечного  сечения и длины шва рассчитываем необходимое количество электродов для выполнения нахлесточного соединения по принятой методике:

а) Определяю  площадь поперечного сечения  наплавленного металла за один проход F_Н = (10-12) d_эл  -  F_Н= 20 мм²;  площадь поперечного сечения корневого прохода F_НК нам определять нет необходимости, так как толщины свариваемых элементов небольшие.