- •Как сохранить наклёп в деформированных металлических сплавах.
- •Как устранить наклёп в деформированных металлических сплавах.
- •Перечислите основные операции термической обработки.
- •Закаливаемость и прокаливаемость стали. Что является мерой прокаливаемости.
- •Какая технологическая операция завершает упрочняющую термическую обработку.
- •Назовите три фазовых превращения, протекающих при отпуске закалённой стали.
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.
Какая технологическая операция завершает упрочняющую термическую обработку.
Отпуск – окончательный вид термической обработки, после которого изделие приобретает необходимые механические свойства.
Назовите три фазовых превращения, протекающих при отпуске закалённой стали.
При нагреве до 200°C из 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.
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.
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.
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°C приведёт к росту зерна, что приведёт к снижению прочности и хрупкому разрушению.
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.
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.
Какому термическому упрочнению следует подвергнуть вал редукторного механизма, изготовленный из стали 40, /ГОСТ 1050-88/, для обеспечения высокой усталостной прочности.
Полная закалка + высокий отпуск.
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.
Назовите три вида отпуска, применяемые в практике термической обработки стали.
Низкотемпературный: 100-250°C, мартенсит отпуска
Среднетемпературный: 300-450°C, тростит отпуска
Высокотемпературный: 500-680°C, сорбит отпуска.
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.
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.
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).
Назовите три стадии, присутствующие при любой химико-термической обработке металлических материалов.
Образование в окружающей среде диффундирующего элемента в атомарном состоянии
Адсорбция атомов (ионов) на поверхность металла с образованием химических связей между ионами насыщающего элемента и основного металла
Диффузия адсорбированных атомов вглубь обрабатываемого металла (изделия).
Как называется процесс насыщения стального изделия с поверхности углеродом.
Цементация.
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.
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%
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.
Что представляет собой насыщающая среда при азотировании стали.
Аммиак, который, разлагаясь при температуре 500-550°C поставляет активный атомарный азот, диффундирующий в поверхность детали.
Укажите интервал температур для низкотемпературного азотирования на высокую твёрдость.
500-600 °C.
Нужна или не нужна термическая обработка изделий после азотирования; если нужна, то какая.
Нет, не нужна, так как азотирование является финальной обработкой.
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.
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.
В чём состоит основное преимущество ионного азотирования перед обычным?
Сокращение длительности процесса в 2 раза
Снижение потребления энергоресурсов
Высокая пластичность азотированного слоя
Получение высококачественных и равномерных покрытий.
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.
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.
Что такое надёжность конструкционного материала; дайте определение этому понятию.
Надёжность – способность материала сопротивляться хрупкому разрушению. Чем прочнее сталь, тем больше она подвержена хрупкому разрушению.
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.
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.
Какие структурные факторы использует современная практика для повышения конструкционной прочности материалов.
Повышение плотности дислокаций
Создание барьеров на пути скользящих дислокаций
Создание полей упругих напряжений в материале (легированием).
Как обеспечить поверхностную твёрдость HRC 56 на стальном изделии, изготовленном из стали 20 /ГОСТ 1050-88/.
Нужно провести цементацию.
Как называются и что характеризуют нижеперечисленные характеристики механических свойств:
– ударная вязкость
– предел текучести
– порог хладноломкости
– предел выносливости.
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.
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.
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.
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.
Как устранить дендритную ликвацию в отливках из среднеуглеродистой стали.
Гомогенизацией или диффузионным отжигом.
Из перечисленных характеристик выберите только те, которые входят в группу критериев надёжности конструкционного материала: .
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.
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.
Назовите легирующие элементы в легированной стали, которые в наибольшей степени упрочняют феррит.
Марганец, кремний, хром, молибден, вольфрам, кремний, титан и др.
Что характеризует критерий в термически упрочнённой стали.
Параметр определяет максимальный диаметр прокаливаемости, при котором в центре заготовки образуется 95% мартенсита.
Объясните механизм повышения усталостной прочности и долговечности при поверхностном пластическом деформировании стали.
При ППД происходит увеличение поверхности, которому препятствуют недеформированные внутренние слои, появляются напряжения.
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.
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.
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.
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°C выше 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.