Травин О.В. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

Чем выше твердость, тем более хрупкими являются изделия. Поэтому

твердость режущей части зубил, как правило, не превышает 60 единиц НRС.

Верхняя ударная часть зубил при такой твердости будет крошиться, а при

твердости меньше 35-38 единиц HRC расплющиваются. Поэтому желательно,

чтобы твердость ударной части зубил была близкой к 40 единицам HRC.

Для снижения твердости, например, до 58 единиц HRC, температура

отпуска должна быть примерно 200

С, и длительность его должна быть близкой

к трем часам.

Однако, аналогичного результата можно добиться и более быстрым

охлаждением поверхности зубил до 300-350

С (синий цвет окислительного слоя

– синий цвет побежалости) в воде, а отпуск (самоотпуск) осуществить за счет

внутреннего запаса тепла.

Режущая часть зубила охлаждается, примерно, за 2-3 минуты и отпустится

до твердости 56-58 единиц HRC с сохранением вязкой сердцевины (48-50

единиц HRC).

Верхнюю ударную часть зубил при охлаждении в воде следует охладить

лишь до 500

С.

При этом, остывая на воздухе, эта часть зубила приобретает твердость 35-

40 единиц HRC и, кроме того, более крупные зубила приобретут в этой части и

меньшую твердость.

А именно это и требуется.

Задание 3

Шестерни из стали 45 закалены: первая от температуры 740

С, а вторая от

температуры 850

С. Сравните их эксплуатационные свойства после отпуска.

Ответ. После нагрева стали до 740

С закалка будет неполной, поскольку

при закалке лишь аустенит превращается в мартенсит, а с ферритом

практически происходят незначительные изменения (фазовый наклеп).

Исходная структура после нагрева под закалку будет содержать, примерно 56%

аустенита и 44% феррита. После закалки не весь аустенит превратится в

мартенсит, и в структуре закаленной стали будет 52% мартенсита, 4%

остаточного аустенита и около 44% наклепанного феррита. Твердость

мартенсита, полученного из аустенита, содержащего в соответствии с

диаграммой Fe-углерод при 740

С 0,78% углерода составит около 65 единиц

HRC, но вклад в твердость будет составлять ~34,2 единицы HRC. Вклад

феррита в твердость сплава составит ~35 единиц HRC, и конечная твердость

сплава будет близка к 38 единицам HRC.

Если же закалить эту сталь с 850

С ее твердость составит 56 единиц HRC.

После отпуска стали (при 500

С) закаленной по первому режиму твердость

снизится до 17-18 единиц HRC, а после отпуска стали, закаленной по второму

режиму ожидаемая твердость составит 35-36 единиц HRC.

Задание 4

Углеродистую сталь с содержанием 0,5% в первом случае при

термообработке медленно охладили с печью, а во втором – закалили. Какие при

этом фиксируются фазовые и структурные составляющие?

Ответ. В первом случае, в соответствии с диаграммой состояния железо-

углерод, фиксируют структуру феррит + перлит, а фазовыми составляющими

при этом являются феррит и цементит, поскольку перлит – это смесь феррита и

цементита.

Во втором случае закалкой фиксируется мартенсит, т.е. пересыщенный

твердый раствор углерода в железе, содержанием углерода 0,5%,

соответствующим концентрации в исходном аустените, который подвергали

закалке.

Задание 5

Для изготовления одной и той же детали целесообразнее выбрать более

дешевую углеродистую сталь или же легированную сталь?

Ответ. При одинаковом комплексе свойств можно было бы выбрать более

дешевую сталь. Но цена не единственный и не главный фактор при выборе

материала. Легированные стали обычно обладают более высоким комплексом

свойств, увеличивают сроки службы деталей, уменьшают их используемое

количество. Сроки службы деталей (частота их замены) особо важны при

использовании в поточных линиях, поскольку потери при остановке линии

гораздо больше, чем затраты на изготовление детали из легированной стали.

Задание 6

Назовите основные марки быстрорежущих сталей. Укажите режимы их

термической обработки.

Ответ. Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего

инструмента, работающего при высоких скоростях резания.

Они должны обладать высокой горячей твердостью (твердостью при

высоких температурах) и красностойкостью (сохранением высокой горячей

твердости длительное время).

Все быстрорежущие стали маркируются буквой Р (от слова рапид-

скорость). Следующая за буквой Р цифра в марке означает содержание

вольфрама, хотя буква В марке опускается. А зачем, если в марке содержаться

молибден, ванадий и кобальт, то в марке указываются буквы М, Ф, К

(соответственно) и после букв идут цифры, указывающие их содержание в %.

К числу основных марок быстрорежущих сталей относятся:

1) Р9 (0,85-0,9% С, 8,5 – 10% W, 3,8 – 4,4% Cr, 1% Мо, 2,0 – 2,6% V);

2) Р12 (0,8-0,9% С, 12-13% W, 3,1-3,6% Cr, 1% Мо, 1,5-1,9% V);

3) Р18 (0,7-0,8% С, 17-18,5% W, 3,8-4,4% Cr, 1% Мо, 1,0-1,4%V).

В связи с дефицитом вольфрама, начиная с 70-х годов прошлого века более

широко стали использоваться стали с пониженным содержанием вольфрама,

заменив его молибденом. Например, марки Р6М5 (6%, 5% Мо), либо вообще

безвольфрамовые Р0М3Ф2 (без вольфрама, 3% Мо, 2% V) или Р0М2Ф3 (2%

Мо, 3% V).

Используют эти стали после термической обработки: закалка + высокий

отпуск.

Для стали Р18 температура закалки 1270-1290

С, температура отпуска 550-

570

С. Твердость после этой обработки 63-65 HRC.

Для стали Р9 температура закалки 1220-1240

С, температура отпуска 550-

570

С, твердость 63-65 HRC.

Для стали Р6М5 закалку производят с температуры 1200-1220

С, отпуск

при 555-565

С, твердость 63-65 HRC.

Охлаждение при закалке желательно проводить в масле, либо ступенчато.

Структура сталей после закалки – мартенсит + остаточный аустенит (до 25%).

После отпуска структура состоит из отпущенного мартенсита и карбидов. Для

превращения остаточного аустенита в мартенсит отпуск требуется проводить

три раза.

Для инструмента, от которого требуется более длительная стойкость.

Используют стали с твердостью 66-68 HRC (Р6К5 – 6%W, 5% Со), Р9К10 (9%

W, 10% Со).

Задание 7

Каковы различия между структурными составляющими: перлитом,

сорбитом, трооститом и мартенситом?

Ответ. При относительно медленном охлаждении сплавов, содержащих в

исходной структуре аустенит, ниже температуры эвтектоидного превращения –

Ar, аустенит претерпевает распад.

Продуктами распада являются феррит и цементит.

При распаде аустенита сначала из него выделяется углерод в виде

соединений с железом. Эти соединения имеют переменный состав.

После обеднения аустенита по углероду, гранецентрированная решетка

аустенита перестраивается в решетку феррита, а соединения углерода с

железом приобретают состав, близкий к Fe

C, называемый цементитом.

Цементит выделяется из аустенита. К концу превращения в виде пластинок,

между которыми размещаются пластинки феррита.

Среднее расстояние между одношипными пластинками называется

межламеллярным и обозначается буквой l (лямбда).

Величина l зависит от температуры, при которой формируется структура.

Если величина l находится в пределах от 1,3 до 0,8 микрометра (мкм), то такую

структуру называют перлитом.

При l, равной 0,5-0,4 мкм, структуру называют сорбитом.

Последующее уменьшение l примерно в два раза, приводит к образованию

троостита, верхнего бейнита и, наконец, нижнего бейнита.

Верхний и нижний бейлит формируются при температурах,

соответственно, равных 350

С и 250

С.

При таких относительно низких температурах, диффузионные процессы

протекают очень медленно. Поэтому, наряду с пластинчатыми структурами,

путем бездиффузионной перестройки формируется игольчатая структура

мартенситного типа.

Если формирование структуры происходит практически бездиффузионно,

то превращение называют мартенситным, а структуру – мартенситом.

Тесты по дисциплине

Тест 1. Что такое «элементарная ячейка»?

1.1. часть кристалла, содержащая все элементы сплава;

1.2. минимальный объем кристалла, отражающий все особенности его

строения;

1.3. минимальный объем зародыша кристалла.

Тест 2. Какие превращения называют полиморфными?

2.1. переход из кристаллического состояния в аморфное;

2.2. переход из жидкого состояния в аморфное;

2.3. перестройка кристаллической решетки одной формы в другую.

Тест 3. Что такое «сверхрешетка»?

3.1. решетка химического соединения;

3.2. упорядоченное расположение компонентов сплава в «своих» решетках;

3.3. решетка с большим числом атомов.

Тест 4. Что такое «кристаллическая» скорость закалки?

4.1. максимально допустимая скорость охлаждения стали;

4.2. скорость охлаждения, при которой появляются трещины;

4.3. минимальная скорость охлаждения, исключающая появление перлита.

Тест 5. Перлит является фазовой или структурной составляющей сталей?

5.1. фазовой;

5.2. структурной;

5.3. перлит – это химическое соединение.

Тест 6. Закаливают ли безуглеродистые стали?

6.1. обычно не закаливают;

6.2. закаливают, если стали сложнолегированные;

6.3. никогда не закаливают.

Тест 7. Что такое «отпуск» стали?

7.1. выдержка или вылеживание на воздухе для стабилизации размеров;

7.2. операции нагрева и охлаждения для снятия внутренних напряжений и

распада структур закалки;

7.3. операция обработки холодом.

Тест 8. Что такое «нормализация» стали?

8.1. операция нагрева и охлаждения стали с целью измельчения зеренной

структуры;

8.2. метод получения стандартной твердости;

8.3. выпрямление прутков стали.

Тест 9. Что такое улучшение стали?

9.1. все виды обработки, повышающие твердость стали;

9.2. все виды обработки, повышающие пластические характеристики стали;

9.3. совокупность термообработки стали, включающая закалку и высокий

отпуск.

Тест 10. Что такое «цементация» стали?

10.1.операция выделения цементита из аустенита;

10.2. операция насыщения стали углеродом;

10.3. выделение цементита из феррита.

Тест 11. Какие стали относят к быстрорежущим?

11.1. сохраняющие твердость до температур >600

С;

11.2. стали с повышенным содержанием W, Cr, V и углерода;

11.3. стали с обоими названными признаками.

Тест 12. Что называют удельной прочностью?

12.1. прочность, деленную на удельный вес;

12.2. длину стержня, обрывающегося под собственным весом;

12.3. оба определения идентичны, но более часто используется втрое.

Тест 13. Какие сплавы используют для шумопоглощения?

13.1. магниевые;

13.2. бериллиевые;

13.3. медные.

Тест 14. Что такое сплавы с эффектом памяти формы?

14.1. сплавы, восстанавливающие свою форму в результате протекания

фазовых превращений;

14.2. упругие сплавы;

14.3. твердые сплавы.

Тест 15. Какие различия есть в маркировке деформируемых и литейных

бронз?

15.1. у литейных в конце маркировки ставят букву;

15.2. у деформируемых бронз сначала приводятся буквы, а затем цифры;

15.3. различия в составе, и это видно по цифрам, отражающим содержание

компонентов.

Тест 16. Какие различия отличают жаростойкие сплавы от жаропрочных?

16.1. жаростойкие сохраняют при нагреве массу, а жаропрочные – прочность;

16.2. отличия состоят в структуре сплавов;

16.3. жаростойкие сплавы не имеют высокой прочности.

Тест 17. Какие пластмассы называют термореактивными?

17.1. пластмассы, изменяющие структуру при нагреве;

17.2. не меняющие структуры при нагреве;

17.3. пластмассы, которые можно многократно переплавлять.

Тест 18. Какие материалы относят к резинам?

18.1. это высокопластичные каучуки с добавками серы и других связующих;

18.2. это материалы, характеризующиеся значениями относительного

удлинения, превышающими 600%;

18.3. это сетчатые полимеры.

Тест 19. Что такое «ситаллы»?

19.1. стеклокристаллические материалы;

19.2. стекла со структурой металла;

19.3. металлы со структурой стекла.

Тест 20. Какие критерии существенны при рациональном выборе

материалов?

20.1. экономически учитываются все эксплуатационные и технологические

критерии;

20.2. принимаются во внимание только прочностные критерии и

коррозионная стойкость;

20.3. принимаются во внимание критерии долговечности и циклической

выносливости.

Правильные ответы на тесты по темам:

Тема 1. 1 – 1.2; 2 – 2.2 и 2.3; 3 – 3.3; 4 – 4.3; 5 – 5.2.

Тема 2. 1 – 1.2; 2 – 2.3; 3 – 3.3; 4 – 4.3; 5 – 5.3.

Тема 3. 1 – 1.3; 2 – 2.1; 3 – 3.3; 4 – 4.4; 5 – 5.2 и 5.3.

Тема 4. 1 – 1.3; 2 – 2.3; 3 – 3.3; 4 – 4.3; 5 – 5.3.

Тема 5. 1 – 1.1 и 1.2; 2 – 2.3; 3 – 3.2 и 3.3; 4 – 4.2 и 4.3; 5 – 5.3.

Тема 6. 1 – 1.3; 2 – 2.3; 3 – 3.2 и 3.3; 4 – 4.2; 5 – 5.1.

Тема 7. 1 – 1.3; 2 – 2.3; 3 – 3.1 и 3.3; 4 – 4.1 и 4.3; 5 – 5.3.

Тема 8. 1 – 1.1 и 1.3; 2 – 2.3; 3 – 3.3; 4 – 4.3; 5 – 5.1, 5.2 и 5.3.

Тема 9. 1 – 1.3; 2 – 2.2; 3 – 3.2; 4 – 4.3; 5 – 5.3.

Перечень лабораторных работ*

1). Построение и анализ диаграммы состояния системы железо-углерод.

2). Измерение твердости металлических материалов на твердомерах и

сопоставление результатов измерений с аналитическими оценками.

3). Металлографическое определение размеров зерна металлических

материалов после различных термообработок и оценка на основании

измеренных данных прочности материалов по уравнению Холла-Петча.

4). Металлографическое определение глубины зоны термического влияния в

материале после сварки.

*Примечание: Студенты полной формы обучения выполняют все четыре работы,

студенты сокращенной формы обучения – работы 1 и 2.

Список рекомендуемой литературы

1. О.В. Травин, Н.Т. Травина «Материаловедение», М.: Металлургия, 1989.*

2. Под ред. Б.М. Арзамасова, Материаловедение, М.: Машиностроение, 2001.

3. Под ред. Ю.П. Солнцева, СпБ, Химиздат, 2002 г.

*Единственный учебник по Материаловедению, где специально для каждого

класса конструкционных материалов рассматривается использование в пищевой

промышленности.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

производит прием студентов на факультет

У П Р А В Л Е Н И Я и И Н Ф О Р М А Т И З А Ц И И

кафедра “Пищевые машины”

по специальностям:

170600 - МАШИНЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

выпускает инженеров по оборудованию:

170601 - предприятий различных отраслей пищевой промышленности;

170604 - предприятий по хранению и переработке зерна

271300 - “ПИЩЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ МАЛЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ”

По данной специальности выпускаются инженеры для работы в

качестве руководителей малых предприятий по всем отраслям

пищевой промышленности. За время обучения Вы приобретете

углубленные знания по экономике, технологии, эксплуатации и

ремонту пищевого оборудования, которые позволяют выпускникам

эффективно управлять производственными процессами на малых

предприятиях.

Поступающие на специальности 170600 и 271300, принимаются

на сокращенную форму обучения, окончившие колледж или

техникум по данной или родственной специальности

Сроки обучения:

по полной форме - 5 лет 6 месяцев

по сокращенной форме - 3 года 8 месяцев

ВСТУПИТЕЛЬНЫЕ ЭКЗАМЕНЫ

проводятся в три потока: в мае, августе и сентябре.

МАТЕМАТИКА - письменно,

РУССКИЙ ЯЗЫК - изложение.

Заявления принимаются до 31 августа.

АДРЕС УНИВЕРСИТЕТА

МОСКВА, ЗЕМЛЯНОЙ ВАЛ 73. (ст. метро ТАГАНСКАЯ)

с условиями приема можно ознакомиться по телефонам:

ПРИЕМНОЙ КОМИССИИ - (095) 915 - 52 - 10

КАФЕДРА ПИЩЕВЫЕ МАШИНЫ - (095) 915 - 37 – 84

Травин Олег Владимирович

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебно-практическое пособие

Подписано к печати:

Тираж:

Заказ №