6 вариант .

Вариант 6.

1. Напишите индексы Миллера для всех кристаллографических идентичных плоскостей-граней гексагональной решетки. Покажите их на схеме. Объясните, почему в гексагональной сингонии применяется система из четырех индексов.

Для обозначения плоскости используются индексы Миллера h, k, l, которые соответствуют координатным осям x, y, z.

Для определения индексов плоскости берутся 3 отрезка, которые эта плоскость отсекает по координатным осям, вычисляются их обратные величины и проводятся к системе 3 целых рациональных чисел.

В качестве единицы измерения выбирается период решетки.

2. Волочение медной проволоки проводят в несколько переходов. В некоторых случаях проволока на последних переходах разрывается. Объясните причину разрыва и укажите способ его предупреждения.

Волочение медной проволоки связано с пластическим деформированием металла. В результате пластической деформации происходит искажение кристаллической    решетки, зерна металла деформируются и приобретают определенную ориентировку. В металле сдвиг при пластической деформации происходит в результате перемещения дислокаций по кристаллу. Однако пластическая деформация вызывает появление и накопление в металле новых дислокаций. Накопление дислокаций в деформированном металле затрудняет и тормозит передвижение их по кристаллу, что в свою очередь вызывает сопротивление деформации со стороны металла, т.е. упрочнение. При этом пластичность металла снижается. В результате при волочении металла может происходить его разрушение.

Нагрев деформированного металла (для меди до 400°С) ведет к повышению подвижности атомов, и среди вытянутых зерен идет интенсивное зарождение и рост новых равновесных свободных от напряжений зерен. Новые зерна растут за счет старых, вытянутых, до их столкновения друг с другом и до полного исчезновения вытянутых зерен. При нагреве по достижении температуры начала рекристаллизации предел прочности и особенно текучести резко снижаются, а пластичность увеличивается.

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 0,5 % 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).

При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидко­го раствора  выделяются  кристаллы  твердого  раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллиза­ции сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчи­вается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раст­вора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате    которого    образуется    твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей  заканчивается по линии AHJE.

4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нанесите па нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 200 НВ. Укажите, как этот режим называется, и какая структура получается в этом случае.

Изотермической обработкой, достаточной для получения твердости НВ =200 для стали У8, является изотермический отжиг (рисунок 3). Структура после отжига – крупнопластинчатый перлит. При изотермическом отжиге сталь У8 нагревают до температуры на 30-50°С выше точки Ас1 (Ас1 = 730°С) и после выдержки охлаждают до температуры 650-680°С. Структура после отжига – крупнопластинчатый перлит.

Перлитное превращение переохлажденного аустенита протекает при температурах Ar1 = 500ºC. В процессе превращения происходит полиморфное γ→α-превращение и диффузионное перераспределение углерода в аустените, что приводит к образованию ферритно-цементитной структуры:

А→Ф + Fe₃C = Перлит.

5. Используя диаграмму состояния железо-цементит, установите температуры нормализации, отжига и закалки для стали У12. Охарактеризуйте эти режимы термической обработки и опишите структуру и свойства стали после каждого вида обработки.

Для заэвтектоидных сталей полный отжиг с нагревом вы­ше Аст (линия ES на диаграмме) вообще не используют, так как при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита, ухудшающая механи­ческие свойства. К заэвтектоидным углеродистым сталям широко применяют отжиг с нагревом до 740-780°С (для стали У12 до 750-770°С) и по­следующим медленным охлаждением. После такого нагре­ва в аустените остается большое число нерастворившихся включений цементита, которые служат центрами кристал­лизации во время распада аустенита при охлаждении.

Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность ферритно-цементитной структуры и увеличивает количество перлита или, точнее, сорбита или троостита. Это повышает прочность и твердость нормализованной высокоуглеродистой стали по сравнению с отожженной.

6. Назначьте режим обработки шестерни из стали 40ХГР с твердостью зуба, равной 56…58 HRС. Опишите микроструктуру и свойства поверхности зуба и сердцевины шестерни после термической обработки.

Сталь 40ХГР — конструкционная легированная улучшаемая сталь. Ее химический состав указан в таблице 1.

Таблица 1. — Состав улучшаемых конструкционных сталей

(по ГОСТ 4543-71)

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.

7. Для изготовления прошивочных пуансонов выбрана сталь Р18. Укажите состав стали и определите, к какой группе по назначению относится данная стань. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и свойства пуансонов после термической обработки.

Сталь Р18К5Ф2 — Сталь инструментальная быстрорежущая. Ее состав показан в таблице 1.

Таблица 1. — Химический состав в % Р18.

В отличие от других инструментальных сталей быстрорежущие стали обладают высокой теплостойкостью (красностой­костью), т. е. способностью сохранять мартенситную структуру и соответ­ственно высокую твердость, прочность и износостойкость при повы­шенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью.

Высоколегированный аустенит, полученный при нагреве под закалку, обладает большой устойчивостью, поэтому охлаждающей средой при за­калке чаще является масло. Для уменьшения деформации инструментов применяют ступенчатую закалку , в расплавленных солях чаще при 650 или 250°С.

8. Для трубопроводов пароперегревателей используется сталь 09Х14Н6Б (ЭИ694). Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки и приведите его обоснование. Опишите влияние температуры на механические свойства стали. Укажите микроструктуру стали после термической обработки.

Сталь 09Х14Н6Б — жаропрочная высоколегированная аустенитная сталь. Ее химический состав указан в таблице 2.

 

C	SI	Mn	Ni	S	P	Cr	Nb	B	Ce
0.07 — 0.12	до 0.6	1- 2	14 — 17	до 0.02	до 0.035	13 — 15	0.9 — 1.3	до 0.005	до 0.02

 

Таблица 2. — Химический состав в % материала.

Аустенитные стали пластичны и хорошо свариваются, однако по срав­нению с перлитными и мартенситными обработка их резанием затруднена. Сварной шов аустенитных сталей при наличии крупного зерна обладает повышенной хрупкостью. Полученное при перегреве крупное зерно вслед­ствие отсутствия а у-иревращения термической обработкой измельчено быть не может.