книги / Материаловедение. Теория легирования

Представьте графически режимы обработки данной стали, опишите необходимость проведения окончательной термической обработки, опираясь на особенности системы легирования данной стали. Опишите влияние каждого элемента на сущность происходящих превращений. Основные характеристики механических свойств поверхности и сердцевины зуба после окончательной обработки приведите в виде таблицы.

9.В результате термической обработки детали должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость 20–25 HRC). Для изготовления их выбрана сталь 35ХНМ. Укажите химический состав стали, используя марочник сталей и сплавов, определите группу стали по назначению, изобразите графически

иобоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Приведите фазовый состав стали и укажите распределение легирующих элементов в каждой фазе. Свойства изделий в готовомвидепредставьте в таблице.

10.Подберите марку жаропрочной стали для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при температурах до

600 С. Укажите химический состав стали, постройте график режима термической обработки стали, укажите фазовый состав стали на каждом этапе термической обработки и приведите распределение легирующих элементов в каждой фазе. Характеристики механических свойствпосле термическойобработки представьте в таблице.

11. Рассмотрите предложенные варианты высокотемпературного режима обработки детали из стали 40Х2Н2МА: 1) закалка от температуры 750 С; 2) закалка от температуры 820 С (охлаждение в масле). Подберите наиболее оптимальный режим, обоснуйте свой выбор. После закалки проведен отпуск при температуре 550 С. Покажите графически режим обработки, обеспечивающий наиболее оптимальные эксплуатационные свойства. Укажите химический состав стали и определите группу стали по назначению, на графике приведите фазовый состав стали на каждом этапе термической обработки и распределение легирующих элементов по

31

фазам. Характеристики механических свойств после обработки

ввыбранном режиме представьте в таблице.

12.Назначьте нержавеющую сталь для деталей, работающих

всреде азотной кислоты. Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку с указанием структурных

ифазовых составляющих на всех ее этапах. Опишите физическую природу коррозионной устойчивости данной стали и роль каждого легирующего элемента. Характеристики механических свойств стали приведите в таблице.

13.Изделия из стали 40ХГН после правильно выполненной закалки и последующего отпуска имеют твердость более низкую, чем предусмотрено техническими условиями. Установите возможную причину несоответствия требованиям нормативной документации

ипредложите варианты устранения данного дефекта. Укажите химический состав и определите группу стали по назначению. Изобразите график режима проведенной обработки с указанием полученной структуры, а также график режима термической обработки, позволяющего устранить данное несоответствие. Укажите структуру стали послеокончательной термической обработки.

14.Используя справочную литературу или диаграмму состояния железо–цементит и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначьте для углеродистой стали 40 температуру закалки и температуру отпуска, необходимые для обеспечения твердости 45 HRC. Изобразите график режима термической обработки с указанием фазового состава на всех этапах термической обработки и получаемую структуру.

15.Назначьте нержавеющую сталь для слабонагруженных деталей, работающих в агрессивной коррозионной среде. Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку

иполучаемую структуру. Опишите физическую природу коррозионнойустойчивостисталии роль каждого легирующего элемента.

16.Опишите изменения структуры и свойств стали 40 после

проведения закалки от температуры 750 С и от температуры 850 С. Объясните различия, используя диаграмму состояния железо–це-

32

ментит. Выберите оптимальный режим нагрева под закалку этой стали. Покажите графически оба варианта закалки с указанием фазового состава на всех этапах термическойобработки.

17.Назначьте марку жаростойкой стали для изготовления клапанов автомобильных двигателей, обоснуйте свой выбор, исходя из влияния легирования на жаропрочность стали. Укажите химический состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки стали. Опишите микроструктуру и основные свойства после термической обработки.

18.Опишите изменения структуры и свойств стали 55 после

проведения закалки от температуры 750 С и от температуры 850 С Объясните различия, используя диаграмму состояния железо– цементит. Выберите оптимальный режим нагрева под закалку этой стали. Покажите графически оба варианта закалки с указанием фазового состава на всех этапах термической обработки.

19. Выберите сталь для изготовления тяжелонагруженных пружин, обоснуйте свой выбор. Назначьте режим термической обработки, обеспечивающий получение наиболее благоприятных эксплуатационных свойств. Опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.

II. При выполнении задания указать химический состав, назначение, металлургическое качество стали.

III. Указать температуры фазовых превращений.

IV. Изобразить график режима термической обработки

суказанием получаемых структур.

V. Сделать выводы о проделанной работе.

Практическая работа № 11 ИЗУЧЕНИЕ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПРИ НАГРЕВЕ

ИОХЛАЖДЕНИИ УЛУЧШАЕМЫХ СТАЛЕЙ

ИОСОБЕННОСТИ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПРИ ОТПУСКЕ

Цель работы: изучить превращения при нагреве, происходящие в легированной стали; рассмотреть превращение при отпуске и описатьособенностипревращенийвлегированных сталях.

33

Выполнить работу в следующем порядке:

1. Получить задание, вариант выбрать согласно порядковому номеру студента в журнале группы (полный пофамильный список группы). Варианты приведены в табл. 5.

Таблица 5

Исходные данные к работе № 11

2.При выполнении задания указать химический состав, назначение, металлургическое качество стали.

3.Указать температуры фазовых превращений с использованием справочной литературы.

4.Описать превращения при нагреве, происходящие в стали данной системы легирования, с указанием фаз, в которых располагаются легирующие элементы.

5.Изобразить график режимов термической обработки (за-

калка, нормализация, отжиг), указать получаемые структуры

ираспределение легирующих элементов в них.

6.Рассмотреть превращение при отпуске и описать особенности превращений для указанной стали.

7.Сделать выводы о проделанной работе.

34

Практическая работа № 12

ИЗУЧЕНИЕ ВИДОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, ПРИМЕНЯЕМЫХ

ДЛЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Цель работы: научиться назначать режим термической обработки для инструментальных сталей в зависимости от необходимых характеристик механических свойств.

Выполнить работу в следующем порядке:

I. Получить задание, вариант выбрать согласно порядковому номеру студента в журнале группы (полный пофамильный список группы).

Варианты заданий:

1.Волочильный инструмент изготовлен из стали Х12. Объясните причину выбора данной стали и опишите ее основные эксплуатационные свойства. Укажите химический состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки стали Х12 для получения вторичной твердости, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и приведите характеристики механических свойств после окончательнойтермическойобработки.

2.Выберите сталь для изготовления измерительного инструмента простой геометрии. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства стали.

3.Для изготовления валков для горячего деформирования выбрана сталь 9ХВГ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки для получения твердости 45–50 HRC, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства после термической обработки.

35

4. Выберите сталь для изготовления режущего инструмента, применяемого в быту. Объясните свой выбор, приведите химический состав стали, назначьте режим термической обработки. Опишите сущность происходящих превращений, структуру

исвойства стали приведите в виде таблицы.

5.Назначьте режим термической обработки режущего инструмента для получения максимальной твердости. Для его изготовления выбрана сталь У12. Назначьте и покажите графически режим термической обработки, опишите структуру на всех этапах термической обработки и свойства стали после окончательной термической обработки.

6.Выберитесталь для изготовления хирургических скальпелей, объясните свой выбор. Изобразите график режима термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру

исвойства стали послеокончательной термообработки.

7.Режущий инструмент из стали У12А был перегрет при закалке. Используя диаграмму железо–цементит, приведите температуру предполагаемого перегрева и объясните его опасность. Укажите, как можно исправить этот дефект. Назначьте и покажите графически режим термической обработки, обеспечивающий исправление брака и нормальную работу инструмента. Опишите изменение структурывпроцессе всего циклатермическойобработки.

8.Измерительный инструмент требуется обработать для получения максимальной твердости. Для его изготовления выбрана сталь 8Х3. Покажите графически режим термической обработки, опишите принцип легирования, структуру и свойства стали после окончательной термообработки.

9.Опишите принцип выбора температуры нагрева под закалку на примере плашек из стали У11А, закаленных: первая – от темпе-

ратуры 760 С, вторая – от температуры 850 С. Используя диаграмму состояния железо–цементит, укажите предложенные температуры закалки, объясните, какая из этих плашек закалена правильно и почему она имеет более высокие режущие свойства. Приведите режимокончательнойтермическойобработкиданной стали.

36

10.В стали ХВГ на этапе входного контроля была обнаружена цементитная сетка. Возможно ли проведение окончательной упрочняющей термической обработки на стали с имеющейся структурой? Обоснуйте выбор режима термической обработки, применяемой для устранения цементитной сетки в стали ХВГ. Укажите состав и объясните принцип легирования данной стали. Дайте определение выбранного режима обработки и опишите превращения, которые происходят при нагреве и охлаждении.

11.Выберите марку стали и назначьте режим упрочняющей термической обработки для зубчатых колес, основными требованиями для которых являются высокая твердость и износостойкость поверхности в сочетании с вязкой сердцевиной. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и свойства зубчатого колеса после окончательной термической обработки.

12.Выберите сталь для изготовления калибров. Назначьте

ипокажите графически режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру на всех этапах термической обработки. Характеристики механических свойств представьте в виде таблицы.

13.Режущий инструмент из стали 9Х2МФ был перегрет при закалке. Чем вреден перегрев и как можно исправить этот дефект? Назначьте и покажите графически режим термической обработки, обеспечивающий исправление брака и нормальную работу инструмента. Опишите роль легирующих элементов и изменение структуры в процессе всего цикла термической обработки. Выберите режим окончательной термической обработки для получения удовлетворительных режущих свойств.

14.Для изготовления пресс-форм литья медных сплавов под давлением выбрана сталь 4ХВ2С. Укажите химический со-

став и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, изобразите график режима, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали.

37

Опишите фазовый состав и свойства после окончательной термической обработки.

15.Режущий инструмент требуется обработать для получения максимальной твердости. Для его изготовления выбрана сталь 9ХС. Назначьте и покажите графически режим термической обработки, опишите принцип легирования, структуру и свойства стали после окончательной термической обработки.

16.Назначьте режим термической обработки для резцов из стали Р6М5К5. Укажите химический состав, группу стали по назначению. Опишите принцип легирования стали, влияние каждого элемента на красностойкость (теплостойкость). Постройте график режима термической обработки, опишите сущность превращений, происходящих на всех этапах термической обработки,

суказанием микроструктуры. Приведите характеристики механических свойств в виде таблицы.

17.Для изготовления фрез при обработке с небольшой скоростью резания твердых металлов выбрана сталь 9ХВГ. Укажите химический состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, изобразите его график с указанием температур фазовых превращений, объяснив влияние легирования на температуры фазовых превращений, а также укажите фазовый состав стали на всех этапах термической обработки. Приведите свойства стали после термической обработки.

18.Для изготовления прошивочных пуансонов выбрана сталь Р12. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства после термической обработки.

19.Для изготовления машинных штемпелей выбрана сталь 9ХГ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив

38

влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства после термической обработки.

20. Плашки из стали У10 закалены: первая – от температуры 760 С, вторая – от температуры 850 С. Используя диаграмму состояния железо–цементит, укажите температуры закалки, объясните, какая из этих плашек закалена правильно и почему она имеет более высокие режущие свойства.

II. При выполнении задания указать химический состав, назначение, металлургическое качество стали.

III. Указать температуры фазовых превращений.

IV. Изобразить график режима термической обработки, необходимого для получения заданных свойств, с указанием получаемых структур.

V.Сделать выводы о проделанной работе.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: справочник: в 3 т. / под ред. А.Г. Рахштадта. – М.: Интермет Инжиниринг, 2004 – 2007. – Т. 3: Термическая и термомеханическая обработка стали и чугуна / А.В. Супов [и др.]. – 2007. – 919 с.

2.Осколкова Т.Н. Термическая обработка сталей и сплавов: учеб. пособие для вузов. – М.: Теплотехник, 2009. – 259 с.

3.Ворошнин Л.Г., Менделеева О.Л., Сметкин В.А. Теория и технология химико-термической обработки: учеб. пособие для вузов. – М.; Минск: Новое знание, 2010. – 303 с.

4.Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали: учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: Наука и технологии, 2002. – 519 с.

5.Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1985. – 256 с.

39

6.Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справочник/ подред. Л.С. Ляховича. – М.: Металлургия, 1981. – 424 с.

7.Термическая обработка в машиностроении: справочник / под ред. Ю.М. Лахтина, А.Р. Рахштадта. – М.: Машиностроение, 1980. – 783 с.

8.Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специаль-

ные стали. М.: МИСиС, 1999. 408 с.

9.Клейнер Л.М., Шацов А.А. Конструкционные высокопрочные низкоуглеродистые стали мартенситного класса: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 302 с.

10.Ряпосов И.В. Формирование ультрамелкокристаллической структуры термическим воздействием на низкоуглеродистые мартенситные стали и магнитные материалы системы желе- зо-хром-кобальт: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.01 / Нижегор. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Пермь, 2010. – 187 с.

40