книги / Теория термической обработки металлов

повысить уровень антикоррозионных свойств стали 40 до уровня свойств высокохромистой стали. Обоснуйте выбор. Опишите режимы обработки, получаемые структуру и фазовый состав поверхностных зон, свойства материала.

Вариант 19

Шестерня из стали 12ХНЗА работает в условиях знакопеременных и ударных нагрузок. Одновременно требуется высокая твердость ее поверхности для обеспечения достаточной износостойкости. Предложите вид, способ и режим поверхностной обработки, обеспечивающие упрочнение данной детали до HRC 60–62 на глубину до 1,5 мм; обоснуйте выбор. Опишите структуру и свойства поверхностных зон. Какой вид дополнительной обработки вы могли бы предложить для повышения предела усталости данной детали?

Вариант 20

Стаканы цилиндров двигателей внутреннего сгорания с толщиной стенки 40 мм должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности; на заводе эти детали изготавливали из стали 20 с последующими цементацией и термической обработкой. В дальнейшем завод начал изготавливать цилиндры более ответственного назначения с повышенной износостойкостью и твердостью на поверхности не ниже HV 950–1000. Эту твердость сталь должна сохранять при нагреве до 300–400 °С. Укажите марку стали, которую необходимо выбрать для этой цели, и изменения, которые следует внести в связи с этим в технологический процесс термической и хи- мико-термической обработки. Сравните оба процесса по последовательности и продолжительности операций, а также механические свойства и твердость на поверхности и в сердцевине, получаемые в результате изменения химического состава стали и применения каждого из этих процессов.

31

Контрольное задание № 5 Решение ситуационных производственных задач

Цели работы:

–научиться решать производственные проблемы на примере задания, предложенного преподавателем;

–выполнить задание по варианту.

Варианты контрольного задания № 5

Вариант 1

Желая увеличить толщину γ′-фазы в азотированном слое малоуглеродистой стали, повысили температуру азотирования с 550 до 650 °С. Результат оказался прямо противоположным: толщина зоны γ′- фазы уменьшилась. Чем объяснить наблюдаемое явление, если учесть, что DN→γ с повышением температуры азотирования вырос в пять раз?

Вариант 2

После силицирования изделия малого сечения (< 1 мм) из стали 20 в его сердцевине с помощью металлографического анализа установили повышенное (более 0,8 %) содержание углерода. В чем причина наблюдаемого явления? Откуда появился углерод?

Вариант 3

В поверхностном слое цементованного и термически обработанного зубчатого колеса из хромоникелевой стали наблюдается слишком высокое (~ 60 %) содержание остаточного аустенита. Каковы нежелательные последствия такого дефекта? Каковы причины его появления? Какие методы вы можете предложить для устранения или недопущения этого дефекта?

Вариант 4

Что следует предпринять, если при газовой цементации на поверхности деталей наблюдается слой сажи? В чем причина этого явления? Что следует предпринять для его устранения?

32

Вариант 5

Почему повышение температуры азотирования в пределах от 550 до 650 °С приводит к уменьшению толщины слоя γ′-фазы?

Вариант 6

Диффузионное хромирование стали 08КП в порошковой среде

(49 % FeCr, 49 % А12О3, 2 % NH4C1) при Т = 1050 °С в течение 4 ч

привело к образованию диффузионного слоя толщиной 0,3 мм. Добавив в порошковую среду 15 % (от общей массы) FeAl, уда-

лось сократить длительность хромирования до 2 ч с получением той же толщины слоя. Объясните полученный результат.

Вариант 7

После алитирования изделия малого сечения (< 1 мм) из стали 20 в результате металлографического анализа установлено повышенное (более 0,8 %) содержание углерода в сердцевине. В чем причина этого явления? Откуда появился углерод?

Вариант 8

После диффузионного хромирования изделия малого сечения (< 2 мм) из стали 45 в результате металлографического анализа установлено в сердцевине содержание углерода не более 0,2 %. По какой причине произошло уменьшение концентрации углерода в сердцевине?

Вариант 9

Металлографический анализ образцов-свидетелей показал присутствие в цементованном слое на стали 20 грубой цементитной сетки. Какой параметр процесса цементации не был выдержан, если контроль температуры осуществлялся непрерывно и она в течение всего периода цементации была постоянной и равной 930 °С?

В другом случае изделия после цементации были покрыты плотным слоем сажи. Толщина слоя была меньше требуемой. Какова причина этого явления?

33

Вариант 10

Желая увеличить толщину слоя ε-фазы при антикоррозионном азотировании стали 10, технолог повысил температуру процесса с 650 до 800 °С. Однако, как показали результаты металлографического анализа, вместо ожидаемого увеличения толщины слоя этой фазы произошло ее уменьшение. В чем причина этого явления? Объясните подробно и приведите другие подобные примеры.

Вариант 11

Шестерни ответственных изделий из стали 20Х2НЧА после цементации при 920 °С охлаждали на воздухе, затем подвергали закалке с 850 °С и низкому отпуску при 200 °С. Однако твердость зубьев не достигла требуемой HRC 60–62 и составила лишь HRC 50–52. Объясните причину низкой твердости закаленных деталей. Какие изменения следует внести в технологический процесс, чтобы получить требуемый результат?

Вариант 12

После азотирования в ночную смену партии деталей из стали 38Х2МЮА твердость поверхности изделий оказалась пониженной – HV 800). Для выяснения причины брака технолог просмотрел диаграммы записи контрольных приборов и сразу нашел причину. На какие приборы обратил внимание технолог? Что он увидел? В чем причина брака?

Вариант 13

При проведении металлографического анализа была обнаружена толстая зона нитридных фаз и низкая твердость (НV) поверхности партии деталей из стали 38Х2МЮА после азотирования. Каковы причины брака? Каковы нарушения режима, если за все время процесса расход аммиака оставался постоянным?

34

Вариант 14

На предприятие поступило оборудование для проведения газовой цементации, позволяющее регулировать углеродный потенциал среды в различных зонах агрегата. Молодой инженер-технолог предложил и обосновал технологический процесс, позволивший наиболее рационально использовать новое оборудование и сократить длительность процесса цементации примерно на 30 %. Что предложил молодой специалист? Какие изменения он внес в технологический процесс газовой цементации стали?

Вариант 15

В поверхностной зоне цементованного зубчатого колеса из хромомагниевой стали обнаружена карбидная сетка. Каковы последствия такого дефекта? Объясните возможные причины его появления. Каким способом можно устранить этот дефект или не допустить его появления?

Вариант 16

Крыльчатка грязевого насоса изготавливается из литой стали 35Л. Ее стойкость весьма низкая (не более 300 ч). Предложите вид, метод и способ существенного повышения стойкости этой детали против абразивного износа с учетом того, что допустимая величина износа составляет 3–5 мм. Опишите режимы обработки, химический состав, структуру поверхностных зон. Объясните причины повышения износостойкости. Одновременно предусмотрите возможность реставрации изношенных деталей, обоснуйте ваши предложения.

Вариант 17

Вал насоса, перекачивающего 10%-ный раствор HNO3, изготовлен из стали 30X13. После поломки вала цех был вынужден из-за отсутствия нужного материала изготовить эту деталь из улучшаемой стали 40. Предложите вид поверхностной обработки, позволяющей повысить уровень антикоррозионных свойств стали 40 до уровня

35

свойств высокохромистой стали. Обоснуйте выбор. Опишите режимы обработки, получаемые структуру и фазовый состав поверхностных зон, свойства материала.

Вариант 18

Шестерня из стали 12ХНЗА работает в условиях знакопеременных и ударных нагрузок. Одновременно требуется высокая твердость ее поверхности для обеспечения достаточной износостойкости. Предложите вид, способ и режим поверхностной обработки, обеспечивающие упрочнение данной детали до HRC 60–62 на глубину до 1,5 мм; обоснуйте выбор. Опишите структуру и свойства поверхностных зон. Какой вид дополнительной обработки вы могли бы предложить для повышения предела усталости данной детали?

Вариант 19

Стаканы цилиндров двигателей внутреннего сгорания с толщиной стенки 40 мм должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности; на заводе эти детали изготавливали из стали 20 с последующими цементацией и термической обработкой. В дальнейшем завод начал изготавливать цилиндры более ответственного назначения с повышенной износостойкостью и твердостью на поверхности не ниже HV 950–1000. Эту твердость сталь должна сохранять при нагреве до 300–400 °С. Укажите марку стали, которую необходимо выбрать для этой цели, и изменения, которые следует внести в связи с этим в технологический процесс термической и хи- мико-термической обработки. Сравните оба процесса по последовательности и продолжительности операций, а также механические свойства и твердость на поверхности и в сердцевине, получаемые в результате изменения химического состава стали и применения каждого из этих процессов.

36

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основной

1. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: справочник: в 3 т. / под ред. А.Г. Рахштадта. – М.: Интермет Инжи-

ниринг, 2007. − Т. 3. – 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: Нов. знание, 2010. – 303 с.

4.Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении: учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1999. – 525 с.

Дополнительной

1.Новиков И.И. Теория термической обработки металлов: учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.

2.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.

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

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

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

6.Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей: справочник / под ред. В.Д. Кальнера. – М.: Машиностроение, 1984. – 384 с.

37