Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение (методы анализа, лабораторные работы и задачи)

Подождите немного. Документ загружается.

№

382. Выбрать сталь для червячных фрез, обрабатывающих

конструкционные

стали твердостью НВ

220—240.

Объяснить причины, по которым для этого назначения нецеле-

сообразно использовать

углеродистую

инструментальную сталь У12

с высокой твердостью (HRC 63—64).

Рекомендовать режим термической обработки фрез из выбранной

быстрорежущей стали, приняв, что фрезы изготовлены из проката

диаметром 40 мм.

Л* 383. Завод должен изготовить долбяки, обрабатывающие

с динамическими нагрузками конструкционные стали с твердостью

НВ

200—230.

Выбрать марку быстрорежущей стали, наиболее пригодной для

этого назначения, рекомендовать режим термической обработки и

указать

структуру

и свойства (для долбяков наружным диаме-

тром 60 мм).

Л* 384. Завод изготовлял протяжки из высоковольфрамовой

стали Р18.

Указать, можно ли использовать для протяжек менее легиро-

ванную, а следовательно, более экономичную быстрорежущую сталь.

Выбрать марку стали для протяжек, обрабатывающих конструк-

ционные

стали с твердостью до НВ 250, указать ее термическую

обработку,

структуру

и свойства для случаев, когда протяжки

изготовляют из проката диаметром 40 и 85 мм.

М 385. Завод изготовляет червячные фрезы

двух

размеров:

наружным диаметром 30 и 80 мм из катаной быстрорежущей стали

соответствующего профиля.

Выбрать марку быстрорежущей стали умеренной теплостой-

кости

и рекомендовать режим термической обработки.

Указать способ химико-термической обработки, позволяющий

дополнительно повысить стойкость фрез.

Объяснить, в чем заключается различие в

структуре

и свой-

ствах

быстрорежущей стали из проката диаметром

30—32

и 80—

82 мм.

Л* 386. Инструменты из быстрорежущих сталей имеют недоста-

точную стойкость при резании с повышенной скоростью (более 80—

100 м/мин).

Выбрать марку инструментальных сплавов, пригодных для реза-

ния

с высокой скоростью: а) сталей; б) чугунов.

Указать состав,

структуру

и свойства выбранных сплавов и со-

поставить их с аналогичными свойствами быстрорежущих сталей.

Объяснить причины, по которым для обработки стали

следует

вы-

брать сплав

другого

состава, чем для обработки

чугуна.

№

387. В распоряжении завода имеются быстрорежущие стали

двух

марок: а) вольфрамомолибденовая Р6М5; б) кобальтовая

Р12Ф4К5.

Объяснить различие в основных свойствах этих сталей и реко-

мендовать оптимальное назначение каждой из них.

Указать термическую обработку этих сталей и их

структуру

свойства в готовых инструментах диаметром 20 и 60 мм.

371

388. Цех выполняет токарную обработку чугунных и стальных

деталей с большой скоростью резания.

Выбрать сплавы для резцов, обеспечивающие высокую произво-

дительность обработки: а) стали; б)

чугуна.

Привести

химический состав,

структуру,

твердость, прочность и

теплостойкость и способ изготовления этих сплавов и сравнить их

с аналогичными характеристиками быстрорежущей стали.

389. При обработке стали с твердостью более НВ

280—300

резцы из быстрорежущей стали не имеют достаточной стойкости.

Указать состав сплава, обладающего более высокими режущими

свойствами.

Вследствие высокой стоимости и большей хрупкости такого сплава

привести способ изготовления составных резцов и указать металл,

из

которого

следует

изготовить державку резца.

Сопоставить

структуру,

твердость, теплостойкость и способ

изготовления выбранного сплава с аналогичными характеристиками

быстрорежущей стали.

№

390. Машиностроительный завод изготавливает детали при

различных условиях резания: резцами с большой скоростью резания

обрабатывается легированная сталь твердостью НВ

300—350;

резь-

бовыми фрезами с умеренной скоростью — стали твердостью НВ

200—220;

плашками диаметром 60 мм с небольшой скоростью наре-

зается резьба на стали с твердостью НВ

120—140.

Подобрать марку сплава (стали) для каждого из этих инструмен-

тов, обосновать сделанный выбор и сравнить микроструктуру и

основные

свойства выбранных материалов.

№

391. Выбрать марку легированной инструментальной стали для

изготовления круглых плашек, обрабатывающих мягкую

низко-

углеродистую

сталь.

Указать режим термической обработки и способы защиты от

обезуглероживания и окисления при нагреве для закалки.

Сравнить

химический состав, микроструктуру, основные свой-

ства и область применения выбранной и быстрорежущей сталей.

№

392. Измерительные инструменты (калибры, измерительные

плитки)

должны обладать не только высокой твердостью и хорошим

сопротивлением износу, но и не должны изменять своих размеров

с течением времени. Между тем изделия после закалки и низкого

отпуска иногда обнаруживают незначительные изменения размеров

во время эксплуатации, недопустимые однако для измерительных

инструментов большой точности.

Указать причины, вызывающие эти изменения (старение), и

привести марку стали и режим термической обработки измеритель-

ных инструментов, значительно уменьшающий эффект старения.

№

393. Многие измерительные инструменты плоской формы (ша-

блоны,

линейки, штангенциркули) изготавливают из листовой стали;

они

должны обладать высокой износостойкостью в рабочих кромках.

Привести

режим обработки, обеспечивающей получение этих

свойств, если инструменты изготавливают большими партиями из

сталей 15 и 20.

S72

Л* 394. На машиностроительном заводе изготавливают зубчатые

колеса из прутков стали 40Х, поставляемой металлургическим

заводом с твердостью НВ

160—180.

Одна плавка стали, доставлен-

ная

заводу,

имела твердость НВ

230—250.

Для обработки стали повышенной твердости требовалось сниже-

ние

режимов резания, принятых на заводе.

Указать способ и режим термической обработки, позволяющей

улучшить обрабатываемость резанием стали этой плавки.

Привести

химический состав,

структуру

и режим термической

обработки стали для фрез, пригодных для обработки стали 40Х.

№

395. Получение заготовок горячей деформацией является

производительным способом обработки.

Выбрать марку стали для изготовления крупного молотового

штампа (размерами 500 X 400 X 400 мм); рекомендовать режим

термической обработки штампа и указать микроструктуру и

меха-

нические

свойства после отпуска.

Объяснить, почему подобные штампы не

следует

изготавливать

из

углеродистой стали.

№

396. Стальные стаканы цилиндров двигателей внутреннего

сгорания

изготавливают штамповкой в горячем состоянии. Вну-

тренняя

полость образуется путем прошивки — вдавливанием пуан-

сона

в нагретый металл, устанавливаемый в специальной матрице.

Пуансон

работает в условиях попеременного нагрева (при прошивке)

охлаждения (после прошивки).

Указать температуры штамповки (прошивки) заготовок, если их

изготавливают из стали 50.

Выбрать марку стали для изготовления пуансона диаметром

40 мм, обосновать сделанный выбор; указать режим термической

обработки и

структуру

стали в готовом пуансоне.

М 397. Для пуансонов горячего выдавливания — операции,

при

которой штамп длительное время находится в соприкосновении

с нагретым деформируемым металлом, необходимы теплостойкие

штамповые стали.

Выбрать сталь для пуансонов выдавливания жаропрочных спла-

вов:

для этих условий обработки штампован сталь должна сохранять

повышенные

прочностные свойства при нагреве до

700—720°

С.

Рекомендовать режим термической обработки штампов и ее струк-

туру

в готовом штампе.

№

398. Штампы сложной формы, особенно имеющие внутрен-

нее отверстие, сильно деформируются при закалке.

Рекомендовать температуру закалки штампов из высокохроми-

стой стали Х12М, при выполнении которой значительно уменьшается

деформация.

Указать

структуру

стали после закалки и объяснить причины,

способствующие уменьшению деформации.

№

399. Штампы холодной вырубки стальных листов должны

иметь высокую износостойкость и по возможности

лучшую

вязкость.

Выбрать сталь для этого назначения и рекомендовать термиче-

скую обработку. Указать получаемые твердость и

структуру

стали.

373

Объяснить, в каких штампах: с наименьшей стороной 50 или

90 мм сталь

будет

иметь более высокие прочность и вязкость и при-

чины

этого различия.

№

400. Штампы для холодной чеканки медных сплавов и мяг-

ких сталей должны сочетать высокие твердость и сопротивление

пластической деформации (что предупреждает преждевременное

смятие рабочей фигуры штампа) с удовлетворительной вязкостью.

Выбрать марку стали для чеканочных штампов, указать ее тер-

мическую обработку и

структуру

в готовом штампе.

Объяснить причины, по которым для этого назначения мало

пригодны стали с высоким содержанием

углерода

(~1%).

№

401. Изделия из пластмасс изготавливают прессованием при

невысоком

нагреве (~ 150° С). Материал прессформы, в которую

прессуются пластмасса, должен обладать высокой износостойко-

стью.

Выбрать марку стали и режим обработки для прессформ: а) про-

стой формы и небольших размеров; б) сложной формы;

учесть

при

этом,

что обрабатываемость стали резанием должна быть хорошей;

кроме того, деформация прессформы при термической обработке

должна быть минимальной.

М 402. Пневматические долота, применяемые при разработке

горных пород, должны обладать относительно высокой твердостью

(HRC

55—58)

и износостойкостью, но вместе с тем должны иметь

достаточную вязкость, так как они испытывают в работе ударные

нагрузки.

Указать химический состав, марку углеродистой (для долот

простой формы) и легированной сталей (для крупных долот сложной

формы)

и режим термической обработки, обеспечивающей получе-

ние

требуемых

структуры и твердости.

Л? 403. Выбрать марку стали для изготовления топоров. Лезвие

топора не должно сминаться или выкрашиваться в процессе работы;

поэтому оно должно иметь твердость в пределах HRC

50—55

на

высоту не более

30—40

мм; остальная часть топора не подвергается

закалке и имеет более низкую твердость.

Указать химический состав стали, режим термической обработки,

обеспечивающий получение твердости в пределах HRC 50—55,

а также способ закалки, позволяющий получить эту твердость только

лезвии топора.

№

404. Выбрать марку стали для изготовления продольных пил

по

дереву

и указать режим термической обработки, микрострук-

туру

и твердость готовой пилы.

Режим термической обработки выбирается таким образом, чтобы

предупредить деформацию пилы при закалке и отпуске, а также обес-

печить получение в стали высоких

упругих

свойств после отпуска

(пила

должна «пружинить»).

№

405. Формы литья металлов под давлением нагреваются в ра-

бочем слое до высоких температур и при каждой заливке жидкого

металла подвергаются попеременному нагреву и охлаждению и

эрозионному

воздействию.

374

Привести

марку стали, пригодной для форм литья алюминиевых

сплавов, и охарактеризовать ее устойчивость против образования

трещин

разгара.

Рекомендовать режим термической обработки и указать струк-

туру

и свойства стали в готовой форме.

ГЛАВА

XXVI

ЗАДАЧИ

ПО ЦВЕТНЫМ

МЕТАЛЛАМ

СПЛАВАМ

№

406. Червяк редуктора для уменьшения коэффициента тре-

ния

часто изготавливают из стали, а венец колес — из сплава на

медной основе.

Указать марку и состав сплава для венца, колеса, обладающего

высокими

антифрикционными свойствами и пределом прочности а

не

ниже 25 кгс/мм

Объяснить, как изменяются механические свойства сплава в за-

висимости от условий литья (в кокиль или в землю).

Указать для сравнения состав, термическую обработку, струк-

туру

и механические свойства стали для изготовления червяка ре-

дуктора диаметром 30 мм, если предел прочности должен быть не

ниже 70 кгс/мм

№

407. Многие детали изготавливают из листа способом глубо-

кой

вытяжки.

Выбрать состав цветного сплава, обладающего высокой пластич-

ностью и хорошей способностью принимать вытяжку; привести егу

состав и

структуру.

Указать режим и назначение термической обработки, применяе-

мой

между

отдельными операциями вытяжки для повышения' пла-

стичности, а также механические свойства после вытяжки и после

термической обработки.

Привести

состав стали, применяемой для глубокой вытяжки, и

сопоставить механические свойства выбранного цветного сплава

с аналогичными свойствами стали.

№

408. Некоторые винты, болты, гайки и т. п. изготавливают

из

латуни на быстроходных станках—автоматах. Латунь, обладаю-

щая

высокой вязкостью и пластичностью, не получает достаточно

чистой поверхности при обработке резанием.

Выбрать латунь, применение которой позволяет получить чи-

стую

поверхность и высокую производительность при обработке

сплава резанием.

Сравнить

механические свойства и

структуру

выбранного сплава

с аналогичными характеристиками латуни высокой вязкости и пла-

стичности.

№

409.

Арматура

котлов, работающих в условиях пресной воды

пара под давлением до 25 ат (краны, вентили и т. п.), а также

трубки и корпусы приборов (например, манометров), работающие

аналогичных условиях, изготавливают из цветных сплавов, стой-

ких против коррозии.

375

Указать состав, способ изготовления,

структуру

и механические

свойства: а) сплава с хорошими литейными свойствами и хорошей

обрабатываемостью резанием для изготовления арматуры; б) сплава

высокой

пластичности в холодном состоянии для изготовления

трубок и корпусов приборов.

Л? 410. Некоторые детали арматуры турбин, котлов гидронасо-

сов и т. п., работающие во влажной атмосфере и изготавливаемые

массовыми партиями литьем, имеют сложную форму. В процессе

литья должна быть обеспечена максимальная точность размеров.

Указать состав применяемого для этой

цели цветного сплава, его

структуру

механические свойства; привести способ

литья,

позволяющий создать

требуемую

высокую точность с минимальной после-

дующей

механической обработкой.

Привести

химический состав стали для

форм,

применяемых для литья выбранного

сплава, и указать режим термической об-

работки, а также

структуру

стали в го-

товом изделии.

§411. Многие детали приборов и обо-

рудования, подверженные действию мор-

ской

воды, изготавливают из цветного

сплава

путем

холодной деформации в не-

сколько

операций.

Подобрать сплав, стойкий против дей-

ствия морской воды, и привести его хи-

мический

состав.

Указать режим промежуточной термической обработки выбран-

ного сплава и привести его механические свойства после деформации

термической обработки.

Сравнить

состав стали, стойкой против действия морской воды;

привести режим ее термической обработки, механические свойства

структуру.

№

412. Трубки в паросиловых установках должны быть стойки

против коррозии.

Подобрать марку сплава на медной основе, пригодного для изго-

товления трубок и не содержащего

дорогих

элементов; привести

состав выбранного сплава.

Указать способ изготовления трубок и сравнить механические

свойства выбранного сплава, получаемые после окончательной обра-

ботки,

с механическими свойствами стали, стойкой против корро-

зии

в тех же

средах.

М 413. Многие изделия изготавливают из латуни вытяжкой из

листа в холодном состоянии. Иногда в изделиях обнаруживаются

трещины,

возникающие без приложения внешних нагрузок (так

называемое «сезонное растрескивание»). На рис. 292 показана де-

таль после глубокой вытяжки и после растрескивания при вылежи-

вании.

Рис. 292. Растрескивание ла-

тунной детали после глубокой

вытяжки и вылеживания

376

Объяснить сущность этого явления

указать способы

его

преду-

преждения.

Подобрать марку латуни,

не

подверженной сезонному растрески-

ванию. Кроме того, описать

структуру,

механические

технологи'

ческие свойства

а- и а +

(J'-латуней.

Решение

задачи

№ 413

Латуни

зависимости

от

содержания цинка

структуры можно

разделить

на три

класса:

1. а-латуни До 39,5% Zn

2. а+ Р'-латуни От 39,5 до 45,7% Zn

р'-латуни От 45,7 до 51% Zn

Увеличение содержания цинка изменяет

структуру

свойства

латуни

(рис. 293).

Увеличение содержания цинка

до

определенного предела повы-

шает пластичность

прочность. Пластичность достигает максималь-

•?

/о го JO ио 5о< во о ю го зо ьо so

Содержание

цинка,

Рис.

293.

Механические свойства латуни

зависимости

от

содержания цинка:

—

литая латунь;

б —

катаная

отожженная латунь

ных значений

при

30—32%

Zn, а

прочность

— при 40%. При

даль-

нейшем увеличении содержания цинка прочность

пластичность

снижаются.

Это изменение свойств определяется свойствами соответствую-

щих

фаз,

образующихся

при

введении цинка.

сс-фаза представляет твердый раствор типа замещения, пластич-

ность

прочность которой возрастают

по

мере увеличения содер-

жания цинка.

Р'-фаза

—

твердый раствор

на

базе электронного соединения

с центрированной кубической решеткой

упорядоченным располо-

жением атомов.

Эта

фаза отличается повышенной хрупкостью

377

твердостью; поэтому образование Р-фазы снижает вязкость

повы-

шает твердость.

При

нагреве выше

450° С

Р'-фаза превращается

неупорядочен-

ный

твердый раствор

р,

отличающийся большей пластичностью,

чем р'-фаза.

Из

диаграммы состояния видно,

что а +

Р'-латуни

приобретают

при

таком нагреве однородную

структуру

р-твердого

раствора,

следовательно,

большую пластичность

(см. рис. 127).

Эти свойства

фаз

определяют технологический прогесс изготов-

ления

изделий

из

различных сортов латуни,

также

их

назначение.

/О

\бв

бе

w го JO io 50 60 70 во о

Степень

лолодной

дефорпации,

"/•

гоо

400 б

lennepamypa

оттиев'С

ff.%

ЬО

го

Рис.

294.

Механические

свойства

латуни

Л68 в

зависимости:

— от

степени

деформации;

б —

температуры

отжига

Изделия

из

а-латуни изготавливают главным образом холодной

или

горячей деформацией; обработка резанием

не

дает

достаточно чистой

поверхности. Изделия

из а +

Р'-латуни изготавливают горячей

(прессование,

штамповка)

или

холодной деформацией

(но без вы-

тяжки)

или

обработкой резанием.

Изделия

из а- или а +

Р'-латуней применяют

отожженном

или

же

наклепанном состоянии, поскольку термическая обработка

(закалка

отпуск)

не

дает

заметного эффекта.

наклепанном

со-

стоянии

(т. е.

после холодной деформации) латунь обладает большой

прочностью

при

пониженной вязкости

(см. рис. 293).

результате

последующего отжига прочность сплава понижается,

но

пластичность возрастает

(рис. 294).

Холодная деформация латуни создает

изделии остаточные

напряжения.

Они

возникают

и в

результате

местной холодной дефор-

мации

(при

изгибе деталей, чеканке, развальцовке

и т. п.). При

вылеживании

или

эксплуатации

латунных изделиях иногда

воз-

никают трещины. «Сезонное растрескивание» наблюдается главным

образом

латунях

содержанием более

20% Zn и

отчетливо обнару-

живается, например,

полых изделиях, прутках

и т. д.

Сезонное

растрескивание усиливается

химически активных

средах,

осо-

378

бенно

парах аммиака, ртутных солях, ртути, мыльной воде

и т. д.

Образование трещин является результатом совместного действия

остаточных напряжений, созданных холодной деформацией (наиболее

опасны

растягивающие напряжения),

химически активных сред.

Для предохранения

от

сезонного растрескивания нужен отпуск

с нагревом

до

200—300°

С; это

снимает большую часть остаточных

напряжений

незначительно снижает прочность.

Но

условиях изготовления

монтажа конструкций

примене-

нием

развальцовки, гибки

и т. д. не

всегда возможно избежать

возникновения

местных,

даже

незначительных деформаций,

а сле-

довательно,

сезонного растрескивания.

таких случаях приме-

няют более дорогие

(и

имеющие меньшую прочность),

но не

склонные

сезонному растрескиванию латуни

Л96 и Л90.

Механические свойства

состав этих латуней,

также широко

применяемой

латуни

Л70 и

типичной

а -+

Р'-латуни ЛС59-1

при-

ведены

табл.

19.

Таблица 19

СОСТАВ

МЕХАНИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА

ЛАТУНЕЙ

Структурный

класс

сплава

а-латунь

а+Р'-

латунь

Марка

Л96

Л 90

Л80

Л70

ЛС59-1

Химический состав,

Си

среднем

РЬ

0,8—

1,9

допуск

±1

1-2

примеси

55:0,30

^0,30

scO.30

s£0,30

0,75

Остальное

Механические

свойства

°в,

кгс/мм

не

менее

{пос-

ле прокатки

отжига)

40*

15*

Для

отожженных лент

листов,

также

для

прессованных прутков.

Латуни

Л96 и Л90

обладают высокой теплопроводностью.

Латуни можно заменить алюминиевой бронзой,

не

склонной

сезонному растрескиванию

обладающей аналогичными значе-

ниями

прочности

пластичности.

№

414.

Гребные винты морских пароходов имеют сложную

форму

очень массивны, например масса винта современного круп-

ного океанского теплохода достигает

30—50

т.

Наметить

схему

технологии изготовления винта, учитывая

его

форму. Исходя

из

этой схемы

условий работы винта

морской

воде, подобрать состав сплава

указать

его

структуру

механи-

ческие свойства.

379

Привести

для сравнения химический состав,

структуру

и механи-

ческие свойства нержавеющей стали, стойкой против действия мор-

ской

воды, и объяснить, по каким причинам применение нержавею-

щей

стали менее рационально для изготовления гребных винтов.

№

415. В химическом машиностроении применяют специальные

латуни для изготовления литьем коррозионностойких тяжелонагру-

женных деталей.

Выбрать марку сплава с пределом прочности не ниже 45 кгс/мм

привести его состав, механические свойства,

структуру

и указать

каких

средах

такой сплав является устойчивым.

Сопоставить механические свойства латуни выбранного состава

с аналогичными свойствами латуни ЛС59-1 и указать область приме-

нения

латуни ЛС59-1.

М 416. Необходимо изготовить зубчатые колеса из сплава,

стойкого против действия воды и пара и обладающего небольшим

коэффициентом

трения. Сплав должен иметь предел прочности не

ниже 35 кгс/мм

Объяснить, почему в таких случаях не применяют нержавеющую

сталь, стойкую против коррозии в условиях воды и пара.

Указать состав и

структуру

цветного сплава, не содержащего

дорогих элементов и пригодного для изготовления подобных

зубча-

тых колес.

№

417. Вкладыши коренных и шатунных подшипников двига-

телей внутреннего сгорания изготавливают из бронзы; отличаю-

щейся

высокими антифрикционными свойствами и не содержащей

особо дорогих элементов.

Подобрать состав сплава и привести способ изготовления из него

деталей, указать его строение и механические свойства, а также

причины,

по которым подобный сплав хорошо работает в условиях

износа.

Для сравнения привести состав и строение

других

антифрик-

ционных

сплавов, обладающих более низкими температурами плав-

ления

и применяемых для заливки подшипников.

№

418. Каркас самолета, рассчитанного на полет с дозвуковыми

скоростями

и воспринимающего значительные нагрузки, изготавли-

вают часто из легкого сплава с пределом прочности не ниже40 кгс/мм

Привести

состав и плотность сплава, а также режим термической

обработки,

структуру.

Указать его механические свойства после

каждой операции термической обработки, объяснив, какие превра-

щения

в сплаве способствуют повышению прочности.

Сопоставить механические свойства выбранного сплава с

меха-

ническими

свойствами хромоникелевой нержавеющей стали. При

сопоставлении учесть, что детали должны обладать минимальной

удельной прочностью при данной температуре.

№

419. Отдельные высоконагруженные детали самолетов, на-

пример тяги управления, изготовляют из легкого сплава с пределом

прочности не ниже

40—45

кгс/мм

Привести

состав и плотность сплава, а также режим термической

обработки и указать

структуру

и механические свойства после

380