Вариант 18.
1. Для кристаллической решетки цинка определите координационное число и рассчитайте коэффициент укладки. Объясните природу относительно низкой пластичности цинка по сравнение с кристаллами, имеющими решетку ГЦК.
Цинк — Zn имеет гексагональную решетку.
Рисунок 1. – Гексагональная решетка.
Под координационным числом понимают число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома.
2. Назначьте режим термической обработки холоднодеформированной полосы из меди для восстановления пластичности. Опишите физическую природу процессов, обусловливающих разупрочнение.
С увеличением степени холодной деформации свойства, характеризующие сопротивление деформации повышаются, а способность к пластической деформации уменьшается. Это явление получило название наклепа.
Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную (выходную) термическую обработку (для придания полуфабрикату или изделию необходимых свойств).
При нагреве наклепанного металла не восстанавливается старое зерно, а появляется совершенно новое зерно, размеры которого могут существенно отличаться от исходного. Происходит образование новых, равноосных зерен вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла.
Температура отжига для достижения рекристаллизации по всему объему и сокращения времени процесса превышает температуру порога рекристаллизации. Температура нагрева связана с температурой плавления: ТН ≈ 0,4 Тпл (для чистых металлов).
Для меди: Тн = 0,4 (1083 + 273) – 273 ≈ 270 °С.
3. Вычертите диаграмму состояния железо — карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите процессы кристаллизации и превращений в твердом состоянии для сплава, содержащего 0, 8 % С, напишите для этих процессов фазовые реакции с указанием составов реагирующих фаз и температурных интервалов превращений, изобразите схему кривой охлаждения заданного сплава и обоснуйте ее вид с применением правила фаз. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).
Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических — аустенит + ледебурит, эвтектических — ледебурит и заэвтектических — цементит (первичный)+ледебурит.
Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.
4. С помощью диаграммы состояния железо — карбид железа и графика зависимости твердости от температуры отпуска назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) изделий из стали 50, которые должны иметь твердость 230…250 НВ. Опишите микроструктуру и свойства стали 50 после термической обработки.
Критические точки для Стали50: АС1=725ºС, АС3=760ºС.
При нагреве до 700ºС в стали 50 не происходят аллотропические превращения и мы имеем ту же структуру – перлит + феррит, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + феррит с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.
5. Сталь 40 подверглась закалке от температур 760 и 840° С. Используя диаграмму состояния железо — цементит, укажите выбранные температуры нагрева и опишите превращения, которые произошли при двух ‘режимах закалки. Какому режиму следует отдать предпочтение и почему.
Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.
Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры 760°С (ниже точки Ас3) структура стали 40 – аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит.
6. Выберите углеродистую сталь для изготовления разверток. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих Превращений, структуру и свойства инструмента.
Для изготовления разверток выбираем инструментальную углеродистую сталь У12.
Углеродистые стали в исходном (отожженном) состоянии имеют структуру зернистого перлита, низкую твердость (НВ 170—180) и хорошо обрабатываются резанием. Температура закалки углеродистых инструментальных сталей У8-У12 должна быть 760-810°С, т. е. несколько выше Аси но ниже Аст для того, чтобы в результате закалки стали получали мартенситную структуру и сохраняли мелкое зерно и нерастворенные частицы вторичного цементита. Закалку проводят в воде или водных растворах солей. Мелкий инструмент из сталей У10-У12 для уменьшения деформации охлаждают в горячих средах (ступенчатая закалка).
7. В результате термической обработки шестерни должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 12ХНЗА. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической и химико-термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки данной стали. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.
Сталь 12ХНЗА — конструкционная легированная сталь. Назначение — улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок. Химически состав стали указан в таблице 1.
Таблица 1. — Химический состав стали 12ХНЗА,%.
Наиболее часто выход из строя зубчатых колес связан с контактным усталостным разрушением, торцевым износом, заеданием зубьев, а также с поломкой зуба или из-за усталости или кратковременных перегрузок.
Сталь и вид окончательной термической или химико-термической обработки для зубчатых колес устанавливаются в зависимости от их конструкции и условий службы. Силовые зубчатые колеса должны обладать высокой износостойкостью рабочих поверхностей и достаточной
8. Укажите металлокерамические твердые сплавы для изготовления режущего инструмента. Опишите их строение, состав, свойства и способ изготовления.
В настоящее время для скоростного резания металлов применяют инструмент, оснащенный твердыми сплавами.
Твердый сплав изготовляется методами порошковой металлургии Для изготовления твердых сплавов порошки карбидов вольфрама и титана смешивают со связующим веществом (кобальтом) прессуют в формах и тем самым придают изделию соответствующую внешнюю форму, затем подвергают спеканию при высокой температуре (1500—2000°С). В результате получается изделие, состоящее из карбидных частиц, связанных кобальтом. Такая технология не обеспечивает получения совершенно плотного изделия, в нем имеются поры, занимающие объем до 5 %.
