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

— среднетемпературного (350-400 °С, бейнит); б — высокотемпературного (450 — 600 °С, сорбит); в — 650—700 °С Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей после цементации, поверхностной закалки и т.д.(100 -250, перлит). При среднетемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 350—400 °С. В результате получается структура троостита (бейнит). После такого отпуска в изделиях получается сочетание сравнительно высокой твердости (НRС 40— 45) и прочности с хорошей упругостью и достаточной вязкостью поэтому среднему отпуску подвергают пружины и рессоры. При высокотемпературном отпуске закаленные изделия нагревают до 450—650 °С. После такого нагрева и соответствующей выдержки в изделиях получается структура сорбита. В отличие от сорбита, образующегося после нормализации, когда цементит пластинчатый, после высокого отпуска цементит приобретает зернистую форму.

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

Чем ближе содержание углерода к эвтектоидной концентрации, тем больше в структуре перлита.

0,8% - 100%

X% - 50%

X=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-пересыщенный раствор в альфа- железе, значит он тверже из-за большего кол-ва углерода

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

На первой стадии протекают химические реакции в исходной (окружающей) среде, в результате которых образуются активные диффундирующие элементы , в ионизированном состоянии.

На второй стадии процесса они усваиваются насыщаемой поверхностью металла- происходит адсорбция или хемосорбция диффундирующих элементов, в результате чего тончайший поверхностный слой насыщается диффундирующим элементом (абсорбция), возникает градиент концентрации.

Третья стадия- диффузионное проникновение элемента в глубь насыщаемого металла, которое сопровождается образованием твердых растворов или фазовой перекристаллизацией.

62) Как называется процесс насыщения стального изделия с поверхности углеродом?

Технологический процесс диффузионного насыщения стального изделия с поверхности углеродом называется цементацией.

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

Карбюризатор (жидкий и твердый)- исходная среда для цементации (науглероживания). Применяется в цементационных печах.

При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ (состоит полностью из метана), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, жидкие углеводороды (керосин, бензол).Твердый- древесный уголь.

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

Диффузионное насыщение позволяет иметь износостойкую рабочую поверхность, и

коррозионно-механическую стойкость детали. Толщина слоя обычно составляет 0,5-1,8мм

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

Для получение нужных механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка.

Для тяжело нагруженных трущихся деталей, испытывающие в условиях работы динамическое нагружение применяется сложная термическая обработка, состоящая из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска.

Для деталей менее ответственного назначения после цементации используется термическая обработка, состоящая из одной закалки и низкого отпуска.

66)Что представляет собой насыщающая среда при азотировании стали?

Проводится в атмосфере аммиака(смеси азота и аммиака, диссоциированного аммиака и т. д.), который, разлагаясь при температуре 500-550⁰ поставляет активный атомарный азот диффундирующий в поверхность детали.

67)Укажите интервал температур для низкотемпературного азотирования на высокую твердость?

При температурах 500-600^o С

68)Нужна ли термическая обработка изделий после азотирования; если нужна, то какая?

Азотирование является окончательной обработкой готовых деталей, никакой термической обработки после азотирования не проводят.(???)

Термическая обработка инструментальных сталей после азотирования производится по следующему режиму: закалка с температур 1000–1050 °С и затем, для повышения ударной вязкости, первый отпуск выполняется при температуре 350 °С, а последующие — при 560 °С.

69)Какие стали следует применять для азотирования на высокую твердость, как они называются, чем легированы и какой твердости можно достичь?

Следует применять легированные стали. Легированные стали с содержанием хрома, никеля, алюминия и молибдена после азотирования имеют поверхностную твердость HV 850—1200. Это достигается за счет образования мелкодисперсных нитридов на поверхности детали (химических соединений азота с элементами AlN, GrN, Cr₂N, MoN).

В отличии от цементации высокая твердость азотированной поверхности получается не за счет мартенсита, а за счет очень твердых нитридов. Поэтому для азотирования берут среднеуглеродистые стали содержащие сильные нитридообразующие элементы (Al, Cr, Mo). Классическая сталь для азотируемых деталей 38ХМЮА.

70)Что такое ионное азотирование и как оно реализуется на практике?

Ионное азотирование - это разновидность химико-термической обработки при температурах 500-600^o С, обеспечивающей диффузионное насыщение поверхностного слоя стали и чугуна азотом. Применяется для поверхностного упрочнения (повышение износостойкости и антикоррозионных свойств) всех конструкционных и инструментальных сталей

71)В чем состоит основное преимущество ионного азотирования перед обычным(классическим)?

Ионное азотирование имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным азотированием:

• сокращение длительности процесса азотирования в 2 раза

• снижение потребления энергоресурсов

• высокую пластичность азотированного слоя, что позволяет эксплуатировать детали в более жестких условиях при повышенных нагрузках

• получение высококачественных и равномерных покрытий

72)С какой целью на практике применяется алитирование стальных изделий?

Алитирование, алюминирование— насыщение (покрытие) поверхности стальных деталей алюминием для защиты от окисления при высоких температурах (700—900°С и выше) и сопротивления атмосферной коррозии и в морской воде. Один из методов упрочнения машин.

! Целью алитирования является повышение окалиностойкости изделий (до 800–900 °С), коррозионной стойкости в атмосферных условиях и морской воде.

74. Что такое надежность конструкционного материала. Дайте определение.

Надежность - свойство материала противостоять хрупкому разрущению

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

Порог хладноломкости - температурный интервал изменения характера разрушения, является важным параметром конструкционной прочности, обозначается

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

Большое расхож­дение между теоретической и фактической прочностью металлов можно объяснить с помощью теории дислокаций. Теорети­ческая прочность должна быть пропорциональна произведению сил меж­атомной связи на число атомов в сечении кристалла. Расчетное усилие для смещения одной части кристалла относительно другой оказалось на 2–3 порядка выше фактически затрачиваемого при пластической деформации металла. Так, теоретическая прочность железа составляет около 13 000 МПа, а фактическая — всего 250 МПа. Такое расхождение теоретической и фактической прочности объясняет­ся тем, что деформация происходит не путем одновременного смещения целых атомных плоскостей, а путем постепенного перемещения дислока­ций. Пластический сдвиг является следствием постепенного перемещения дислокаций в плоскости сдвига. Распространение скольжения по плоскости скольжения происходит после­довательно. Каждый элементарный акт перемещения дислокации из одного положения в другое совершается путем разрыва лишь одной вертикальной атомной плоскости. Для перемещения дислокаций требуется значительно меньшее усилие, чем для жесткого смещения одной части кристалла отно­сительно другой в плоскости сдвига. При движении дислокации вдоль на­правления сдвига через весь кристалл происходит смещение верхней и нижней его частей лишь на одно межатомное расстояние. В результате переме­щения дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает. На по­верхности остается ступенька скольжения.

Пластическая деформация кристаллических тел связана с количеством дислокаций, их шириной, подвижностью, степенью взаимодействия с де­фектами решетки и т. д. Характер связи между атомами влияет на пластич­ность кристаллов. Так, в неметаллах с их жесткими направленными связя­ми дислокации очень узкие, они требуют больших напряжений для старта — в 103 раз больших, чем для металлов. В результате хрупкое разрушение в неметаллах наступает раньше, чем сдвиг.

Таким образом, причиной низкой прочности реальных металлов явля­ется наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Получение бездислокационных кристаллов приводит к резкому повышению прочности материалов. При ограниченной плотности дислокаций и других искажений кристал­лической решетки процесс сдвига происходит тем легче, чем больше дис­локаций находится в объеме металлий находится в объеме металла. Таким образом, повышение прочности металлов и сплавов может быть достигнуто двумя путями: 1) получением металлов с близким к идеальному строением кристаллической решетки, т. е. металлов, в которых отсутствуют дефекты кристаллического строения или же их число крайне мало; 2) либо, наоборот, увеличением числа структурных несовершенств, препятствующих движению дислокаций.

То есть, чтобы получить теоретическую прочность, необходимо получить метал без дислокаций в структуре, что весьма проблематично.

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

В современной практике для повышения конструкционной прочности материалов применяют следующие структурные факторы:

1. Повышение плотности дислокаций.

2. Создание барьеров на пути скольжения дислокаций (границы зерен, субзерен, вторичных фаз).

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

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

Провести цементацию

79.Как называются и что характеризуют ниже перечисленные характеристики механических свойств: КСТ, ,,

KC – ударная вязкость, KCT - ударная вязкость, вычисленная с образованием трещинки усталости.

σ_0,05 – предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение образца достигает 0,05% его расчетной длины.

t₅₀ – порог хладноломкости.

σ_-1 – физический предел выносливости.

Они характеризуют конструкционную прочность материала (σ_0,05 и σ_-1 – прочность, KCT и t₅₀ - надежность).

80. Для обеспечения требуемой износостойкости нужна поверхностная твердость НУ12000 МПа. Какой обработкой и на каких материалах можно достичь указанной твердости.

Азотированная обработка

81. Стальной прокат в состоянии поставки имеет твердость НV3200 МПа. Какой термической обработке следует подвергнуть поставленный материал, чтобы улучшить обрабатываемость резанием.

Так как сталь явно заэвтектоидная (HB>3200 МПа), то для улучшения обрабатываемости резанием и для подготовки стали к закаливанию, следует применить неполный (сфероидизирующий) отжиг.

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

83) Из стали 60 /ГОСТ 1050-88/ горячей навивкой изготовили пружину. Какой термической обработке следует подвергнуть пружину. Укажите режим прездалаемой ТО. (закалка+средний отпуск при t 420…520°С)

84) Как устранить дендритную ликвацию в отливках из среднеуглеродистой стали.(гомогенизация или диффузионный отжиг)

85) Из перечисленных характеристик выберите только те, которые входят в группу критериев надежности конструкционного материала: KCT, KCV, HB, δ,ς_В, ς_0,2, ς_0.05, , δ, ψ, t₅, K_1C (KCT, K_1C , δ, ψ, KCV,t₅₎

86) Назовите структуру, которая образуется в хромоникелевой стали аустенитного класса марки 12Х18Н10Т после изотермической закалки в соляной ванне при температуре 550°С (структура нижнего бейнита)

87) Какую из предлагаемых марок сталей рационально использовать для изготовления сварного каркаса корпуса механизма: сталь СТ5, У7, 60С2А, 17ГС, ХВГ, А40, СТ0,95Х18.Обосновать выбор.( 17ГС(обладает высокой твердостью и износостойкостью(легирующие элементы: марганец, кремний), цементуемая конструкционная низколегированная сталь, обладает хорошей свариваемостью.)

88) Назовите легирующие элементы в легированной стали, которые в наибольшей степени упрочняют феррит. (хром, молибден, вольфрам, кремний, титан и др..)

89) Что характеризует критерий D₉₅ в термически упрочненной стали? (критический диаметр (10-12 мм) глубины прокаливаемости).

90) Объясните механизм повышения усталостной прочности и долговечности при поверхностном пластическом деформировании стали. (увеличение плотности дислокаций в сплаве, приводит к росту прочностных характеристик сплава.)

№91 Объясните механизм повышения усталостной прочности и долговечности приповерхностном пластическом деформировании стали.

40ХНМА. Выбирают её потому, что элементы этой стали сильно повышают релаксационну стойкость сталей.

92)Выбрать сталь для изготовления зубчатых колес ответсвенного назанчения с поверхностным упрочнением профиля зуба цементацией: YI2A, PI8, I2XI8H9, I2X2H4A, 40XHMA, 30XГСА, 08Ю. Обосновать свой выбор.

?????????

Зубчатые колеса из хромоникелевых сталей 12Х2Н4А, 20Х2Н4А и других непосредственной закалке не подвергают— получается большое количество остаточного аустенита, что снижает твердость поверхности зуба. Поэтому зубчатые колеса из этих сталей после цементации охлаждают на воздухе, подвергают высокому отпуску при 600—650° С (для подготовки структуры цементованного слоя под закалку; во время отпуска происходит распад остаточного аустенита и мартенсита и выделяются карбиды), закаливают в масле от 800—820° С и подвергают низкому отпуску при 180—200° С. Для уменьшения деформации зубчатые колеса после высокого отпуска до закалки иногда подвергают шевингованию.

93) Выбрать марку стали для изготовления режущего хирургического инструмента,/скальпеля/ из предлагаемого перечня материалов: 40Х9С2, 40Х, Ф40, 40Х13, 20ХН3А,12Х18Н10Е, Р6М5, 38ХМЮА. Обосновать свой выбор.(Р6М5(сталь с высокой теплостойкостью, (мед инструменты подвергаются частой прокаливаемости)).

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

Увеличилось количество остаточного аустенита, что в свою очередь приводит к повышению хрупкости стали.