47. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Что является мерой прокаливаемости.

Закаливаемость – способность стали повышать твёрдость в результате закалки.

Прокаливаемость – способность стали получать закалённый слой с мартенситной или троститно-мартенситной структурой и высокой твёрдостью на ту или иную глубину. Расстояние , на которое распространяется закалка по длине образца является мерой прокаливаемости.

48. Какая технологическая операция завершает упрочняющую термическую обработку.

Отпуск – окончательный вид термической обработки, после которого изделие приобретает необходимые механические свойства.

49. Назовите три фазовых превращения, протекающих при отпуске закалённой стали.

При нагреве до 200°Cиз мартенсита выделяются пластинки карбидной фазы, решётка мартенсита становится близкой к кубической, образуется структура отпущенного мартенсита.

При нагреве до 300°C остаточный аустенит превращается в смесь перенасыщенного α-твёрдого раствора и карбида, т.е. в отпущенный мартенсит. При дальнейшем нагреве из твёрдого раствора выделяется весь избыточный углерод, образуется цементит.

При нагреве до 400°C сталь состоит из феррита и цементита, образующих структуру тростита отпуска.

При нагреве до 600°C образуется структура сорбита отпуска, состоящая из феррита и мелких зёрен цементита.

50. Укажите различие в структурах стали 40, /гост 1050-88/, закалённой в воду от температур 750°c и 850°c.

750°C – аустенит + феррит

850°C – крупнозернистая и хрупкая сталь.

51. После закалки в структуре закалённой стали сохранилось 28% остаточного аустенита. Порекомендуйте способы обработки для устранения остаточного аустенита.

Для уменьшения количества остаточного аустенита применяют обработку холодом. Её применяют для сталей, температура конца мартенситного превращения которых лежит ниже 0°C. При этой обработке остаточный аустенит превращается в мартенсит, твёрдость стали повышается. Однако, это вызывает рост внутренних напряжений, поэтому охлаждать нужно медленно, а сразу после обработки следует выполнить отпуск.

52. Какую из двух температур - 770°C или 920°C - следует выбрать для нагрева под закалку стали У12 /ГОСТ 1435-90/ и почему.

Для заэвтектоидной стали следует использовать температуру 770 °C - 920°Cприведёт к росту зерна, что приведёт к снижению прочности и хрупкому разрушению.

53. Какому термическому упрочнению следует подвергнуть топор, изготовленный из эвтектоидной стали. Определить параметры режима термической обработки.

Топор следует закалить при соответствующей температуре, потом опустить острую часть на 20-30 мм в воду и провести средний отпуск и оставить остывать при комнатной температуре: это обеспечит топору остроту и прочность с острой стороны (самоотпуском) и достаточную пластичность со стороны обуха.

54. Какая структура будет сформирована в стали 15 /ГОСТ 1050-88/ после закалки от 920°C в холодную воду и последующего отпуска при температуре 140°C.

В результате закалки образуется неравновесная структура, после этого сталь охлаждают, чтобы получить структуру перенасыщенного твёрдого раствора.

55. Какому термическому упрочнению следует подвергнуть вал редукторного механизма, изготовленный из стали 40, /ГОСТ 1050-88/, для обеспечения высокой усталостной прочности.

Полная закалка + высокий отпуск.

56. Для какой цели в термическом цехе применяется деталь, называемая индуктор, и представляющая по форме соленоид, изготовленный из медной трубки.

Индуктор нужен для закалки токами. В него помещается деталь, возникает скин-эффект – деталь нагревается, затем – деталь охлаждается, при этом закаляются поверхностные слои. Преимущества – высокая производительность, малый процент окалины. Недостаток – низкий к.п.д. установок.

57. Назовите три вида отпуска, применяемые в практике термической обработки стали.

    1. Низкотемпературный: 100-250°C, мартенсит отпуска

    2. Среднетемпературный: 300-450°C, тростит отпуска

    3. Высокотемпературный: 500-680°C, сорбит отпуска.

58. Объясните, как определить, сколько углерода содержит доэвтектоидная сталь, если микроструктурным анализом установлено присутствие в её структуре 50% перлитной составляющей.

При повышении концентрации углерода в доэвтектоидной стали повышается концентрация перлита. Доэвтектоидная сталь – от 0.0002% до 0.8% углерода, 50% будет примерно посередине, следовательно – в стали 0,4% углерода.

59. Два цилиндрических образца одинаковой геометрии, изготовленные из железа и алюминия, подвергнуты растяжению одинаковой силой. Во сколько раз упругая деформация алюминиевого образца будет больше, чем у железного.

60. Мартенсит и феррит являются твёрдыми растворами углерода в решётке α-железа. Почему феррит мягкий, а мартенсит твёрдый.

Мартенсит – пересыщенный раствор в α-Fe, значит, он твёрже (из-за большего количества углерода).

61. Назовите три стадии, присутствующие при любой химико-термической обработке металлических материалов.

    1. Образование в окружающей среде диффундирующего элемента в атомарном состоянии

    2. Адсорбция атомов (ионов) на поверхность металла с образованием химических связей между ионами насыщающего элемента и основного металла

    3. Диффузия адсорбированных атомов вглубь обрабатываемого металла (изделия).

62. Как называется процесс насыщения стального изделия с поверхности углеродом.

Цементация.

63. Что такое карбюризатор? Где его применяют. Какие виды карбюризаторов применяет заводская практика.

Карбюризатор – исходная среда для цементации. Применяются жидкий (конвертированный природный газ) и твёрдый (древесный берёзовый уголь + BaCO₃ + CaCO₃) карбюризаторы.Применяются в цементационных печах.

64. С какой целью осуществляется диффузионное насыщение стального изделия с поверхности углеродом, какова толщина диффузионного слоя в большинстве изделий общего машиностроения.

Насыщение стального изделия с поверхности углеродом проводят с целью придать поверхностному слою высокую твёрдость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе и кручении.

Для стали с содержанием углерода <0,17% толщина слоя 15%

Для стали с содержанием углерода >0,17% толщина слоя 5-9%

Для стали, работающей на износ – 3-4%

65. Нужна или не нужна термическая обработка после цементации; если нужна, то какая.

Для получения нужных механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка:

• Тяжело нагруженные детали с динамическим нагружением – сложная термическая обработка, состоящая из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска.

• Детали менее ответственного назначения – одна закалка и низкий отпуск.

66. Что представляет собой насыщающая среда при азотировании стали.

Аммиак, который, разлагаясь при температуре 500-550°C поставляет активный атомарный азот, диффундирующий в поверхность детали.

67. Укажите интервал температур для низкотемпературного азотирования на высокую твёрдость.

500-600 °C.

68. Нужна или не нужна термическая обработка изделий после азотирования; если нужна, то какая.

Нет, не нужна, так как азотирование является финальной обработкой.

69. Какие стали следует применять для азотирования на высокую твёрдость, как они называются, чем легированы и какой твёрдости можно достичь.

Следует применять стали, легированные элементами, образующими карбиды: Cr, Ni, Mo. Твёрдость – HV850-1200.

70. Что такое ионное азотирование и как оно реализуется на практике.

Ионное азотирование – разновидность химико-термической обработки при температурах 500-600 °C, обеспечивающая диффузионное насыщение поверхностного слоя стали или чугуна азотом. Применяется для поверхностного упрочнения конструкционных и инструментальных сталей.

71. В чём состоит основное преимущество ионного азотирования перед обычным?

    1. Сокращение длительности процесса в 2 раза

    2. Снижение потребления энергоресурсов

    3. Высокая пластичность азотированного слоя

    4. Получение высококачественных и равномерных покрытий.

72. С какой целью на практике применяется алитирование стальных изделий.

Алитирование – насыщение поверхности стальных деталей алюминием для защиты от окисления при высоких температурах и сопротивления атмосферной коррозии и коррозии в морской воде.

73. Что такое цианирование стальных изделий; с какой целью применяется на практике.

Цианирование – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом и азотом. Применяют для повышения износостойкости и коррозионностойкости деталей.

74. Что такое надёжность конструкционного материала; дайте определение этому понятию.

Надёжность – способность материала сопротивляться хрупкому разрушению. Чем прочнее сталь, тем больше она подвержена хрупкому разрушению.

75. Что такое порог хладноломкости и как его определяют на практике.

Порог хладноломкости характеризует влияние снижения температуры на склонность материала к хрупкому разрушению, обозначается t₅₀. Порог хладноломкости определяют по температуре испытания, при которой в изломе имеется 50% вязкой волокнистой составляющей.

76. Почему сегодня не реализована теоретическая прочность металлических конструкционных материалов.

Теоретическая прочность не реализована из-за того, что строение металла неоднородно: дислокации и прочие дефекты распространяются неравномерно и, соответственно, в каком-то месте металл может быть прочным, а в каком-то – нет.

77. Какие структурные факторы использует современная практика для повышения конструкционной прочности материалов.

    1. Повышение плотности дислокаций

    2. Создание барьеров на пути скользящих дислокаций

    3. Создание полей упругих напряжений в материале (легированием).

78. Как обеспечить поверхностную твёрдость HRC 56 на стальном изделии, изготовленном из стали 20 /ГОСТ 1050-88/.

Нужно провести цементацию.

79. Как называются и что характеризуют нижеперечисленные характеристики механических свойств:

– ударная вязкость

– предел текучести

– порог хладноломкости

– предел выносливости.

80. Для обеспечения требуемой износостойкости нужная поверхностная твёрдость НУ ≥12Гпа. Какой обработкой и на каких материалах можно достичь указанной твёрдости.

Среднелегированные стали, обработка – термоулучшение и азотирование.

81. Стальной прокат в состоянии поставки имеет твёрдость HB≥3200Мпа. Какой термической обработке следует подвергнуть поставленный материал, чтобы улучшить обрабатываемость резанием.

Так как сталь явно заэвтектоидная (HB>3200Мпа), то для улучшения обрабатываемости резанием необходимо провести сфероидизирующий отпуск.

82. Для повышения технологических свойств стальные полуфабрикаты из стали 20 /ГОСТ 1050-88/ подвергают полному отжигу: T=920°С, выдержка в печи τ=6 часов. Какой более дешёвой обработкой можно решить данную задачу.

• Высокий отпуск: твёрдость снижается до требуемых значений

• Сфероидизирующий отпуск

• Нормализация.

83. Из стали 60 /ГОСТ 1050-88/ горячей навивкой изготовили пружину. Какой термической обработке следует подвергнуть пружину. Укажите режим предлагаемой ТО.

Необходимо подвергнуть её среднему отпуску.

84. Как устранить дендритную ликвацию в отливках из среднеуглеродистой стали.

Гомогенизацией или диффузионным отжигом.

85. Из перечисленных характеристик выберите только те, которые входят в группу критериев надёжности конструкционного материала: .

86. Назовите структуру, которая образуется в хромоникелевой стали аустенитного класса марки 12Х18Н10Т после изотермической закалки в соляной ванне при температуре 550°C.

Образуется бейнит + остаточный аустенит, обогащённый углеродом.

87. Какую из предлагаемых марок сталей рационально использовать для изготовления сварного каркаса корпуса механизма: Ст.5, У7, 60С2А, 17ГС, 40ХНМА, ХВГ, А40, Ст.0, 95Х18.

Сталь 17ГС обладает высокой твёрдостью и износостойкостью, обладает хорошей свариваемостью, не переходит в хрупкое состояние даже при -60°C.

88. Назовите легирующие элементы в легированной стали, которые в наибольшей степени упрочняют феррит.

Марганец, кремний, хром, молибден, вольфрам, кремний, титан и др.

89. Что характеризует критерий в термически упрочнённой стали.

Параметр определяет максимальный диаметр прокаливаемости, при котором в центре заготовки образуется 95% мартенсита.

90. Объясните механизм повышения усталостной прочности и долговечности при поверхностном пластическом деформировании стали.

При ППД происходит увеличение поверхности, которому препятствуют недеформированные внутренние слои, появляются напряжения.

91. Из предлагаемого перечня выбрать марку стали для изготовления пружины с высокой релаксационной стойкостью: 25Н25М4Г, 60С2А, 40ХНМА, 30ХГСА, 20ХГР, 18Х2Н4ВА, 12Х18Н9Т.

40ХНМА: легирующие элементы этой стали сильно повышают релаксационную стойкость сталей.

92. Выбрать сталь для изготовления зубчатых колёс ответственного назначения с поверхностным упрочнением профиля зуба цементацией: У12А, Р18, 12Х18Н9, 12Х2Н4А, 40ХНМА, 30ХГСА, О8Ю. Обосновать свой выбор.

Для крупных деталей ответственного назначения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки, применяют хромоникелевые и более сложнолегированные стали. Однако, хрома не должно быть очень много, так как он разупрочняет сталь. Выбор – 12Х2Н4А.

93. Выбрать марку стали для изготовления режущего хирургического инструмента из предлагаемого перечня материалов: 40Х9С2, 40Х, А40, 40Х13, 20ХН3А, 12Х18Н10Т, Р6М5, 38ХМЮА. Обосновать свой выбор.

Сталь 40Х13 используется для изготовления хирургического инструмента: устойчива к коррозии, её использование экономично, после закалки и низкого отпуска приобретает необходимые свойства.

94. При закалке инструмента из стали У8А, температура в печи оказалась завышенной на 150°C по сравнению с оптимальной. Объясните, как указанное нарушение режима закалки повлияло на структуру и свойства данной стали.

Закалка при оптимальной температуре и средний отпуск дали структуру тростита (отпуска). При нагреве на 100-150°Cвыше оптимальной температуры сталь получает хуже ударную вязкость.

После указанного нарушения в стали увеличилось количество остаточного аустенита, что привело к тому, что сталь стала более хрупкой.