Вариант 32

1. Чем отличается холодная пластическая деформация от горячей пластической деформации с точки зрения атомно — кристаллического строения?

В зависимости от соотношения температуры деформации и температуры рекристаллизации различают холодную и горячую деформации. Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.
Деформацию называют горячей, если ее проводят при температуре выше температуры рекристаллизации для получения полностью рекристаллизованной структуры.
При этих температурах деформация также вызывает упрочнение «горячий наклеп», которое полностью или частично снимается рекристаллизацией, протекающей при температурах обработки и при последующем охлаждении. В отличие от статической полигонизации и рекристаллизации, процессы полигонизации и рекристаллизации, происходящие в период деформации, называют динамическими.
При горячей обработке давлением (прокатке, прессовании, ковке, штамповке и т. д.) упрочнение в результате наклепа (повышение плотности дислокаций) непосредственно в процессе деформации непрерывно чередуется с процессом разупрочнения (уменьшением плотности дислокаций) при динамической полигонизации и рекристаллизации во время деформации и охлаждения. В этом основное отличие динамической полигонизации и рекристаллизации от статической.
Горячую деформацию в зависимости от состава сплава и скорости деформации обычно проводят при температурах (0,7-0,75) Тпл.
Когда металл после деформации имеет частично рекристаллизованную рекристаллизованную структуру, то такую обработку правильнее называть неполной горячей, или теплой, деформацией.

2. Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Постройте кривую нагревания (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,8 % С, с указанием структурных превращений. Зарисуйте структуру этого сплава при комнатной температуре. Как такой сплав называется?

Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).
При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раствора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.
При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3% образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.
Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических – аустенит + ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный) + ледебурит.
Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита.
Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.
Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.
В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8% образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8П[Ф0,03+Ц6,67].
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 (точкаQ), 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.
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 – Ф,
гдеС – 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.
Сплав железа с углеродом, содержащий 1,8 %С, называется заэвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре – Цементит (вторичный) + Перлит.


Рисунок 1: а-диаграмма  железо-цементит, б-кривая охлаждения для сплава, содержащего 1,8% углерода

3. Детали из стали 20 плохо обрабатываются резанием. Назначьте термическую обработку, направленную на устранение этого технологического недостатка.

Марка стали 20 (отечественные аналоги: сталь 15, сталь 25)
Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная
Использование в промышленности: 20А: после нормализации или без термообработки  крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников и другие детали, работающие при температуре от -40 до 450 °С под давлением, после ХТО — шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины;20кп, 20пс: без термообработки или нормализации — патрубки, штуцера, вилки, болты, фланцы, корпуса аппаратов и другие детали из кипящей стали, работающие от -20 до 425 °С, после цементации и цианирования — детали от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины (оси, крепежные детали, пальцы, звездочки)

Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 126-131 и δB=450-490 МПа,  К υ тв. спл=1,7 и Кυ б.ст=1,6

Для улучшения обрабатываются резанием применим к Ст20 нормализацию, по справочнику выберем режим:
Поскольку в горячекатанном состоянии HB 126-131 и δB=450-490 МПа, то при условии что сечение заготовки менее 100 мм (хотя об этом ничего не сказано в условии задачи), свойства после нормализации HB 126-131 и σB=350 МПа, σ0,2 = 150 МПа.

Нормализацию стали часто рассматривают с двух точек зрения — термической и микроструктурной. В термическом смысле и классическом понимании, нормализация стали — это нагрев стали до аустенитного состояния с последующим охлаждением на спокойном воздухе. Иногда к нормализации относят также и операции с  охлаждением ускоренным воздухом.
Место температуры нормализации на диаграмме состояния железо-углерод показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Упрощенная диаграмма состояния железо-углерод.Заштрихованная полоса – температура нормализации сталей
С точки зрения микроструктуры нормализованной структурой считают перлит для стали с содержанием углерода 0,8 %, а для сталей с меньшим содержанием углерода — доэвтектоидных сталей — смесь перлита и феррита. Операцию нормализации применяют для большинства сталей и, в том числе стальных отливок. Очень часто сварные стальные швы нормализуют для измельчения структуры стали в зоне воздействия сварки.
Цель нормализации стали. Цели нормализации стали могут быть различными: например, как для увеличения, так и для снижения прочности и твердости в зависимости от термической и механической истории изделия. Цели нормализации часто пересекается или даже путается с отжигом, термическим упрочнением и отпуском для снятия напряжений.  Нормализацию применяют, например, для улучшения обрабатываемости детали резанием, измельчения зерна, гомогенизации зеренной структуры или снижения остаточных напряжений. Сравнение температурно-временных циклов для нормализации и отжига показано на рисунке 2.

Рисунок 2 ─ Сравнение температурно-временных циклов нормализации и полного отжига. Более медленное охлаждение при отжиге приводит к более высокой температуре феррито-перлитного превращения и  более грубой микроструктуре, чем при нормализации.
Для стальных отливок нормализацию применяют для гомогенизации их дендритной структуры, снижения остаточных напряжений и большей восприимчивости к последующему термическому упрочнению.
Изделия, полученные обработкой давлением, могут подвергать нормализации для снижения полосчатости структуры после прокатки или разнозернистость после ковки.
Нормализацию с последующим отпуском применяют вместо обычной закалки, когда изделия имеют сложную форму или резкие изменения по сечению. Это делают, чтобы избежать образования трещин, коробления и чрезмерных термических напряжений.
Скорость охлаждения стали при нормализации
Скорость охлаждения при нормализации обычно не является критической величиной. Однако, когда изделие имеет большие различия по размерам сечения, принимают меры по снижению термических напряжений, чтобы избежать коробления.
Выдержка при температуре нормализации
Роль длительности выдержки при температуре нормализации заключается  только в том, чтобы обеспечить гомогенизацию аустенитной структуры до начала охлаждения. Один час выдержки на каждые 25 мм толщины сечения является нормой.
Скорость охлаждения при нормализации значительно влияет на количество перлита, его размеры и толщину перлитных пластин. Чем выше скорость охлаждения, тем больше образуется перлита, а его пластины становятся тоньше и ближе друг к другу. Увеличение доли перлита в структуре и его измельчение дают повышение прочности и твердости стали. Более низкие скорости охлаждения означают менее прочную и твердую сталь.
После того, как изделия однородно охладились по своему сечению ниже нижней критической точки Аr1, их можно охлаждать в воде или масле для снижения общей  длительности охлаждения.

4. Для трубопроводов пароперегревателей используется сталь 09Х14Н19В2БР. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки и приведите его обоснование. Укажите микроструктуру стали после термической обработки. Опишите влияние температурного нагрева на механические свойства стали.
Аустенитные жаропрочные стали, обладают большей жаропрочностью, чем мартенситные, — их рабочие температуры достигают 700-750С. Аустенитные стали пластичны, хорошо свариваются. По способу упрочнения аустенитные стали, подразделяют на три группы:
1) твердые растворы, не упрочняемые старением;
2) твердые растворы с карбидным упрочнением;
3) твердые растворы с интерметаллидным упрочнением.
Стали первой группы (09Х14Н19В2БР) применяют в закаленном состоянии (закалка 1100-1600С, вода или воздух). Эти стали используют для изготовления трубопроводов силовых установок высокого давления, работающих при 600-700С. Аустенитные жаропрочные стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением, как правило, подвергают закалке с 1050-1200С в воде, масле или на воздухе и последующему старению при 600-850С.

Рекомендуемый режим термической обработки. Закалка с 1140 – 1160С, охлаждение на воздухе. Выбор температуры обеспечивает лучшую гомогенизацию перед закалкой и рас творение частиц интерметаллидов и др. соединений, делает структуру сплава более однородной.

Химический состав стали
Массовая доля элементов, %
Углерод Кремний Марганец Хром Никель Вольфрам Ниобий Железо Сера Фосфор Прочие элементы

Не более
0,07-
0,12 Не более 0,6 Не более 2,0 13,0-15,0 18,0-
20,0 2,0-
2,8 0,9-
1,3 Осн. 0,02 0,035 Бор не более 0,005;
Церий не более 0,02

Рекомендуемые режимы термической обработки заготовок Времен-
ное сопротив-ление
σВ, Н/мм2 (кгс/мм2) Предел
теку-
чести
σТ,
Н/мм2 (кгс/мм2) Относи-
тельное
удлинение δ5, % Относи-
тельное
сужение
ψ, % Ударная
 вязкость,
KCU,
Дж/см2
(кгс·м/см2)

не менее
   Закалка с 1140 – 1160С, охлаждение на воздухе 510
(52) 215
(22) 35 50 —

Рекомендуемые режимы
Термической обработки Тем-
пера-
тура испы-тания, оС
Предел длительной прочности, Н/мм2 (кгс/мм2),
(неразрушающее напряжение), за время, ч, не менее Предел ползучести, соответствующий 1% общей деформации, Н/мм2 (кгс/мм2), за время, ч, не менее
Закалка
(нормализация) Отпуск (старение)

Темпера-тура нагре-ва, оС
Охлаж-дающая среда Темпера-тура нагре-ва, оС
Охлаж-даю-щая среда
100 10000 100000 1000 100000
1090-1130 Вода — — 650
700
750 —

— 166
(16,8)
123
(12,5)
69
(7) 127(13)
93(9,5)
54(5,5) 137
(14)
83
(8,5)
— 108(11)
64(6,5)

Сплав 09Х14Н19В2БР применяется для изготовления листового проката, труб пароперегревателей и трубопроводов установок сверхвысокого давления с длительным сроком службы при температурах до +700°С. Примечание Сталь жаропрочная аустенитного класса.
Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации в течение весьма длительного времени +700 °C.
Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде +850 °C.

5. Для изготовления пресс–форм литья под давлением алюминиевых сплавов выбрана сталь 4Х5В2МФС: а) расшифруйте состав и определите группу стали по назначению и теплостойкости; б) назначьте и обоснуйте режим упрочняющей термической обработки; в) объясните цель легирования данной стали; г) укажите структуру и свойства стали после упрочняющей обработки.

Марка: 4Х5В2ФС
Классификация: Сталь инструментальная штамповая
Применение: пресс-формы литья под давлением цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов, молотовые и прессовые вставки (сечением до 200—250 мм) при горячем деформировании конструкционных сталей, инструмент для высадки заготовок из легированных конструкционных и жаропрочных материалов на горизонтально-ковочных машинах.

Химический состав в % материала 4Х5В2ФС
C Si
Mn
Ni
S P Cr
W V Cu
0.35 — 0.45 0.8 — 1.2 0.15 — 0.45 до   0.35 до   0.03 до   0.03 4.5 — 5.5 1.6 — 2.2 0.6 — 0.9 до   0.3
Температура критических точек материала 4Х5В2ФС
Ac1 = 800 ,      Ac3(Acm) = 875 ,       Ar3(Arcm) = 840 ,       Ar1 = 730 ,       Mn = 275
Механические свойства при Т=20oС материала 4Х5В2ФС .
Сортамент Размер Напр. в T 5  KCU Термообр.
— мм — МПа МПа % % кДж / м2

Сортовая 10
1760 1690

300 Закалка 1030 — 1050oC, масло, Отпуск 560 — 580oC,Отпуск 530 — 540oC,

Твердость материала 4Х5В2ФС после отжига HB = 241

Дополнительно к общим требованиям, от сталей этой группы требуется устойчивость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении, окалиностойкость, высокая теплопроводность для отвода теплоты от рабочих поверхностей штампа, высокая прокаливаемость для обеспечения высокой прочности по всему сечению инструмента.
Для изготовления молотовых штампов применяют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХСМФ. Вольфрам и молибден добавляют для снижения склонности к отпускной хрупкости. После термической обработки, включающей закалку с температуры 760…820oС и отпуск при 460…540oС, сталь имеет структуру – сорбит или троостит и сорбит отпуска. Твердость 40…45 HRC.
Штампы горячего прессования работают в более тяжелых условиях. Для их изготовления применяются стали повышенной теплостойкости. Сталь 3Х2В8Ф сохраняет теплостойкость до 650oС, но наличие карбидов вольфрама снижает вязкость. Сталь 4Х5В2ФС имеет высокую вязкость. Повышенное содержание хрома и кремния значительно увеличивает окалиностойкость стали.

Основным легирующим элементом штамповой стали холодного деформирования является хром (Cr). Он повышает режущие свойства и износостойкость, увеличивает прочность и прокаливаемость стали, что особенно важно для крупных пуансонов и матриц. При наличии свыше 2,5 % повышает устойчивость стали против отпуска, особенно при нагреве инструмента до температур, выше 300 °С. Вместе с марганцем уменьшает коробление при закалке. Однако, у сталей с содержанием хрома 12 % появляются недостатки. Резко выраженная карбидная неоднородность и повышенная склонность к коагуляции карбидов, способствующая разупрочнению сталей при нагреве.
Вольфрам (W) вводят для повышения твердости, износостойкости и прокаливаемости стали, улучшает режущую способность инструмента.
Ванадий (V) в штамповых сталях присутствует в карбиде VC и твердом растворе. Ванадий существенно уменьшает чувствительность штамповых сталей к перегреву, повышает теплостойкость сталей, улучшает распределение частиц избыточной фазы. При содержании ванадия 0,3…0,5 % прочность и пластичность стали будет значительно выше, чем у высокованадиевых сталей.
Молибден (Mo) вводится в высокохромистую сталь для увеличения её вязкости и повышения прокаливаемости. Также молибден оказывает отрицательное влияние на окалиностойкость. Поэтому содержание молибдена в штамповых сталях ограничивается 1,4-1,8 %.
Марганец (Mn) вводят для повышения прокаливаемости стали. В сочетании с хромом молибден уменьшает коробление при закалке, но увеличивает склонность к перегреву.
Кремний (Si) вводят, чтобы увеличить прокаливаемость стали, повысить стойкость против отпуска.

6. Для изготовления деталей в приборостроении используют латунь ЛЦ14К3С3: а) расшифруйте состав сплава; б) укажите способ изготовления деталей из данного сплава; в) опишите характеристики механических свойств этого сплава.

Марка : ЛЦ14К3С3
Классификация : Латунь литейная
Дополнение: Латунь кремнисто-свинцовая
Применение: Для изготовления подшипников, втулок
Зарубежные аналоги:   Нет данных

Fe
Si Mn Ni
Al
Cu
Pb
Zn Sb Sn Примесей
до   0.6 2.5 — 4.5 до   1 до   0.2 до   0.3 77 — 81 2 — 4 8.2 — 18.5 до   0.1 до   0.3 всего 2.3

Сортамент Размер Напр. в T 5  KCU Термообр.
— мм — МПа МПа % % кДж / м2

литье в кокиль, ГОСТ 17711-93     294   15      
литье в песчаную форму, ГОСТ 17711-93     245   7      
Твердость   ЛЦ14К3С3   ,     литье в кокиль       ГОСТ 17711-93 HB 10 -1 = 100   МПа
    Твердость   ЛЦ14К3С3   ,     литье в песчаную форму       ГОСТ 17711-93 HB 10 -1 = 90   МПа

укажите способ изготовления деталей из данного сплава: слитье в кокиль,
литье в песчаную форму

Вариант 42
1. Для каких практических целей применяется наклеп? Объясните
сущность этого явления.

Наклеп – изменение структуры и свойств металлического материала, вызванное пластической деформацией. Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональность, предел текучести и твердость. Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака. При поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале и повышается его усталостная прочность. Наклеп возникает при обработке металлов давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), резанием, при обкатке роликами, при специальной обработке дробью.
Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.
Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного пластического деформирования (ППД) или поверхностного наклепа широко используется в промышленности для повышения сопротивляемости малоцикловой и многоцикловой усталости деталей машин. На рисунке 3 приведены схемы различных ППД.
Поверхностное упрочнение достигается:
1) дробеструйным наклепом за счет кинетической энергии потока чугунной или стальной дроби; поток дроби на обрабатываемую поверхность направляется или скоростным потоком воздуха, или роторным дробеметом (рис. 3, а);
2) центробежно-шариковым наклепом за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), расположенных на периферии вращающегося диска; при вращении диска под действием центробежной силы шарики отбрасываются к периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются в глубь гнезда;
3) накатываем стальным шариком или роликом (60 HRC) (рис. 3, б); передача нагрузки на ролик может быть с жестким и упругим контактом между инструментом и обрабатываемой поверхностью;
4) алмазным выглаживанием оправкой с впаенным в рабочей части алмазом (рис. 3, з); оно позволяет получать блестящую поверхность с малой шероховатостью.

а – дробеструйная упрочняющая обработка; б – чистовая обработка – обкатываем шаром; в – обработка дорнованием; г – центробежно-шариковая чистовая обработка; д – обработка чеканкой; е – упрочнение взрывом; ж — упрочнение виброобкатыванием; з – алмазное выглаживание

Рисунок  3 – Схемы поверхностной пластической деформации

2. Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Постройте кривую нагревания (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 4,4 % С, с указанием структурных превращений. Зарисуйте структуру этого сплава при комнатной температуре. Как такой сплав называется?
Эвтектический чугун с содержанием 4,4 % углерода. При нагреве до Ас1 превращений нет, и чугун имеет структуру ледебурит, состоящий из цементита, перлита и вторичного цементита. При Ac1 происходит превращение перлита в аустенит. Выше Ас1 чугун имеет структуру – ледебурит, состоящий из цементита, аустенита и вторичного цементита. От Ас1 до tэ происходит растворение вторичного цементита и аустенит насыщается углеродом до 2,14 %. При tэ чугун полностью расплавляется. Выше tэ чугун находится полностью в жидком состоянии.
При охлаждении до tэ (1147 °С) чугун находится в жидком состоянии. При tэ (1147 °С) чугун полностью затвердевает, и образуется структура – ледебурит, состоящий из аустенита, содержащего 2,14 % углерода и цементита. От tэ до Аr1 из аустенита выделяется вторичный цементит, и содержание углерода в аустените понижается до 0,8 %. При Аr1 аустенит превращается в перлит. Ниже Аr1 чугун имеет структуру – ледебурит, состоящий из цементита, перлита и вторичного цементита

Эвтектоидный чугун

3. Волочение медной проволоки проводят в несколько переходов. В некоторых случаях проволока на последних переходах разрывается. Объясните причину разрыва и укажите способ его предупреждения.

Волочение медной проволоки связано с пластическим деформированием металла. В результате пластической деформации происходит искажение кристаллической    решетки, зерна металла деформируются и приобретают определенную ориентировку. В металле сдвиг при пластической деформации происходит в результате перемещения дислокаций по кристаллу. Однако пластическая деформация вызывает появление и накопление в металле новых дислокаций. Накопление дислокаций в деформированном металле затрудняет и тормозит передвижение их по кристаллу, что в свою очередь вызывает сопротивление деформации со стороны металла, т.е. упрочнение. При этом пластичность металла снижается. В результате при волочении металла может происходить его разрушение.
Нагрев деформированного металла (для меди до 400°С) ведет к повышению подвижности атомов, и среди вытянутых зерен идет интенсивное зарождение и рост новых равновесных свободных от напряжений зерен. Новые зерна растут за счет старых, вытянутых, до их столкновения друг с другом и до полного исчезновения вытянутых зерен. При нагреве по достижении температуры начала рекристаллизации предел прочности и особенно текучести резко снижаются, а пластичность увеличивается.
Таким образом, для предупреждения разрушения при волочении медной проволоки применяют межоперационную термическую обработку – рекристаллизационный отжиг.

4. Для деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь 08X17Т и 15Х25. Укажите состав и определите класс стали по структуре. Объясните причину введения хрома в эту сталь и обоснуйте выбор данной стали для указанных условий работы.

Эти стали имеют высокую коррозионную стойкость, содержат 17-28% хрома (марки 12X17, 08X17Т, 15Х25Ти др.). Они применяются для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (азотной кислоте), в водных растворах аммиака, в аммиачной селитре и других агрессивных средах. Стали применяются в отожжённом состоянии или без термообработки.
Недостатками высокохромистых сталей ферритного класса являются: склонность к росту зерна при нагреве, склонность к охрупчиванию в интервале температур 400-500 °С, трудности в обеспечении свариваемости, склонность к межкристаллитной коррозии, невысокие прочностные свойства.
Для предотвращения межкристаллитной коррозии необходимо уменьшить в стали содержание углерода или ввести в её состав карбидообразующие элементы — титан (в количестве не менее пятикратного по отношению к содержанию углерода) или ниобий (в десятикратном отношении). Таким образом, стали марок 12X17 и 15X28 (без титана) для изготовления сварных конструкций не рекомендуются. И, наоборот, стали марок 08X17Т и 15Х25Т могут использоваться для изготовления сварных конструкций.
Высокохромистые стали ферритного класса марок 08X17Т, 12X17, 15Х25 и 15X28 используются также в качестве жаростойкого материала, причём у сталей марок 08X17Т, 15Х25Т и 15X28 жаростойкость имеет преимущество по сравнению с коррозионной стойкостью.
Коррозионно-стойкая подшипниковая сталь марки 95X18 мартенситного класса применяется для изготовления подшипников для нефтяного оборудования, подшипников, работающих в морской воде, растворах кислот и других агрессивных средах.

Химический состав обеих сталей приведен ниже.

5. Для изготовления машинных метчиков и разверток выбрана- сталь Р12: а) расшифруйте состав и определите группу стали по назначе- нию и теплостойкости; б) назначьте и обоснуйте режим упрочняющей термической обработки; в) объясните цель легирования данной стали; г) укажите структуру и свойства стали после упрочняющей обработки.

Марка: Р12
Классификация: Сталь инструментальная быстрорежущая
Применение: для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей
Химический состав в % материала Р12
C Si Mn Ni
S P Cr
Mo
W V Co
0.8 — 0.9 до   0.5 до   0.5 до   0.4 до   0.03 до   0.03 3.1 — 3.6 до   1 12 — 13 1.5 — 1.9 до   0.5

Температура критических точек материала Р12
Ac1 = 820 ,      Ac3(Acm) = 850 ,       Ar1 = 720

Твердость материала Р12 после отжига       HB = 255

Грамотный выбор температуры закалки обеспечивает максимальную растворимость легирующих в α-железе, но не приводит к росту зерна.
После закалки в стали остается 25 ÷ 30 % остаточного аустенита. Помимо снижения твердости инструмента, остаточный аустенит приводит к снижению теплопроводности стали, что для условий работы с интенсивным нагревом режущей кромки является крайне нежелательным. Снижения количества остаточного аустенита добиваются двумя путями: обработкой стали холодом или многократным отпуском. При обработке стали холодом ее охлаждают до -80 ÷ -70 ºC, затем проводят отпуск. При многократном отпуске цикл «нагрев — выдержка — охлаждение» проводят по 2 — 3 раза. В обоих случаях добиваются существенного снижения количества остаточного аустенита, однако полностью избавиться от него не получается.

 
Рис. 4. Обычный режим термической обработки быстрорежущей стали   Рис. 5. Режим термической обработки инструментов из быстрорежущей стали с обработкой холодом

6. Для изготовления некоторых подшипников скольжения выбран сплав АЧС–2. Укажите состав сплава, структуру, опишите характеристики механических свойств сплава.

Марка : АЧС-2
Классификация : Чугун антифрикционный
Дополнение: Чугун антифрикционный серый с пластинчатым графитом
Применение: для работы в паре с термически обработанным (закаленным или нормализованным) валом
Зарубежные аналоги:   Нет данных

Химический состав в % материала АЧС-2
C Si Mn Ni
S P Cr
Ti
Cu
3.2 — 3.8 1.4 — 2.2 0.4 — 0.7 0.2 — 0.4 до   0.12 0.15 — 0.4 0.2 — 0.4 0.03 — 0.1 0.3 — 0.5

    Твердость материала   АЧС-2   ,       HB 10 -1 = 180 — 229   МПа

Предельные режимы работы изделий из материала АЧС-2
Нагрузка Скорость Нагрузка * Скорость Температура
МПа м/с МПа * м/с Град.
10 0.3 2.5  
0.1 3 0.3  

Чугун с пластинчатым графитом (ЧПГ) является основным литейным сплавом в машиностроении.
Главной особенностью микроструктуры ЧПГ, определяющей физико-механические и служебные свойства, является наличие пластинчатого графита. Пластинчатый графит нарушает сплошность металлической основы, поэтому ЧПГ имеет сравнительно невысокие значения временного сопротивления разрыву и очень низкую пластичность. Однако именно благодаря пластинчатому графиту в сером чугуне (СЧ) уникально сочетаются хорошие антифрикционные свойства, высокая износостойкость, малая чувствительность к концентраторам напряжений. ЧПГ имеет высокую демпфирующую способность и прекрасно гасит вибрации.
СЧ – технологичный материал, обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с чугуном других типов.
Из него можно изготовлять отливки самой сложной конфигурации с толщиной стенок от 2 до 500 мм.
В основу стандартизации СЧ заложены принципы регламентации минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении.
Марки, механические свойства и химический состав СЧ по ГОСТ 1412–85, ИСО 185 и национальным стандартам некоторых стран приведены в табл. П16.
По ГОСТ 1412–85 марка ЧПГ определяется показателем временного сопротивления чугуна при растяжении. Условное обозначение марки включает буквы СЧ – серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа х 10-1:
СЧ 20 ГОСТ 1412–85.
Механические свойства ЧПГ обеспечиваются в литом состоянии или после термической обработки.
Поскольку значения прочности чугуна данной марки в отливке зависят от скорости охлаждения, определяемой толщиной стенки (диаметром) отливки, в стандартах приводятся минимальные значения sв в отдельно отлитых пробных заготовках других диаметров или сечений из СЧ каждой марки.

Вид структуры чугуна с пластинчатым графитом

Вариант 32 1 Чем отличается холодная пластическая деформация от горячей пластической деформации с точки зрения атомно — кристаллического строения