Задачи по разработке технологического

ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ, ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

 

Решение задач предусматривает обоснованный выбор сплава и его обработки, при использовании которых обеспечиваются надежность и стойкость деталей в условиях эксплуатации, указанных в каждой отдельной задаче. В задачах приведены более типичные условия использования изделий, имеющие место в разных отраслях промышленности. Кроме того, в задачах сформулированы характерные свойства, которые должен иметь сплав в соответствующем изделии.

Для решения задачи надо, прежде всего, определить группу сплавов (например, конструкционных сталей общего назначения, чугунов, жаропрочных сталей и сплавов, инструментальных материалов и т. д.)

Затем по литературным источникам определить наиболее пригодный сплав, из числа приведенных в выбранной группе, и режим его обработки. При этом необходимо рассмотреть возможность использования более дешевого материала (например, углеродистой стали обыкновенного качества или чугуна). Свойства основных материалов приведены в учебниках и в указанной ниже справочной литературе.

Для выбранного сплава необходимо выбрать термическую или химико-термическую обработку. При этом необходимо учитывать экономичность выбранного режима (например, для деталей, изготовляемых в больших количествах, обработку с индукционным нагревом; газовую цементацию - при необходимости химико-термической обработки и др.).

При решении задач, при указании структуры и свойств выбранных сплавов рекомендуется использовать ГОСТы и следующие учебники и справочники:

1. Бутыгин В.Б. Металловедение. Барнаул: АлтГТУ, 1998.

2. Гуляев Ю.М. Металловедение. М.: Металлургия, 1989.

3. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983.

4. Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1989.

5. Материалы в машиностроении. Т. 1-5. М.: Машиностроение, 1969­1970.

6. Сорокин В. Г. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989.

Пример решения задачи

 

Заводу нужно изготовить вал диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками. Сталь должна иметь предел текучести не ниже 750 МПа, предел выносливости не ниже 400 МПа и ударную вязкость не ниже 0,9 МДж/м².

Завод имеет сталь: Ст. 4, 45 и 20ХНЗА.

Сталь С Мп Si Сг Ni Р S Ст.4 0,18- 0,4- 0,12- 0,3 0,3 0,050 0,040 Сталь 45 0,27   0,3 0,8 0,3 0,050 0,040 20ХНЗА 0,42- 025- 0,17- 0,9 2,7- 0,025 0,025   0,50   0,37   3,2       0,17- 0,3- 0,17-           0,23 0,6 0,37

Решение задачи Стали марок Ст.4, 45 и 20ХНЗА имеют состав, %.

Какую из этих сталей следует применить для изготовления вала?

Нужна ли термическая обработка выбранной стали и если нужна, то какая?

Дать характеристику микроструктуре и указать механические свойства после окончательной обработки.

Сталь марки Ст.4, согласно ГОСТ, имеет
следующие свойства в состоянии поставки: σ_в= 420-540 МПа, σ_0,2= 240-260 Мпа.

Сталь 45, согласно ГОСТ, в состоянии поставки имеет твердость не более НВ 207. При твердости НВ 190–200 сталь имеет предел прочности не выше 600-620 МПа, а при твердости ниже НВ 180 предел прочности не превышает 550-600 МПа. А предел текучести составляет 270-320 МПа.

Сталь 20ХНЗА, согласно ГОСТ, в состоянии поставки имеет твердость не более НВ 250. Предел прочности при твердости НВ 230-250 не превышает 670-750 МПа. Предел текучести составляет 350-400 МПа. Таким образом, для получения заданной величины предела текучести вал необходимо подвергнуть термической обработке.

Низкоуглеродистая сталь Ст. 4, как сталь обыкновенного качества, имеет повышенное содержание серы и фосфора, которые понижают механические свойства, и особенно сопротивление ударным нагрузкам. Для такого ответственного изделия, как вал двигателя, поломка которого нарушает работу машины, применение более дешевой по составу стали обыкновенного качества нерационально.

Сталь 45 относится к классу качественной углеродистой, а сталь 20ХНЗА – к классу высококачественной легированной стали. Эти стали содержат соответственно 0,42-0,5 и 0,17-0,23% С и принимают закалку.

Для повышения прочности можно применять нормализацию или закалку с высоким отпуском.

Последний вариант обработки сложнее, но позволяет получить не только высокие характеристики, но и более высокую ударную вязкость. В стали 45 минимальные значения ударной вязкости после нормализации составляют0,2-0,3 МДж/м², а после закалки и высокого отпуска (500 °С) достигают 0,6-0,7 МДж/м².

Так как вал двигателя в работе воспринимает динамические нагрузки, а также и вибрации, более целесообразно принимать закалку и высокий отпуск.

После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита, однако, вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали, эта структура в изделиях диаметром более 20-25 мм образуется только в сравнительно тонком и поверхностном слое толщиной до 2­4 мм.

Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита в сорбит только в тонком поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе изделий.

Сорбит отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем феррит и перлит.

Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно переменных нагрузок воспринимают наружные слои, которые и должны обладать повышенными механическими свойствами. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла.

Таким образом, углеродистая сталь не будет иметь требуемых свойств по сечению вала диаметром 70 мм.

Сталь 20ХНЗА легирована никелем и хромом для повышения прокаливаемости и закаливаемости. Она получает после закалки достаточно однородные структуру и механические свойства в сечении диаметром до 75 мм.

Для стали 20ХНЗА рекомендуется термическая обработка:

1. Закалка с 820-835°С в масле.

При закалке с охлаждением в масле (а не в воде как это требуется для стали 45) возникают меньшие напряжения, а, следовательно, и меньшая деформация. После закалки сталь имеет структуру мартенсит и твердость

не ниже HRC 50.

2. Отпуск 520-530° С. Для предупреждения отпускной хрупкости, к которой чувствительны стали с хромом, вал после нагрева следует охлаждать в масле.

Механические свойства стали 20ХНЗА в изделии диаметром до 75 мм после термической обработки:

Предел прочности σ_в = 900-1000 МПа

Предел текучести σ_Т = 750-800 Мпа

Предел выносливости σ_-1 = 400-430 МПа

Относительное удлинение δ = 8-10%

Относительное сужение ψ = 45-50%

Ударная вязкость КСУ = 0,9 МДж/м²

Таким образом, эти свойства обеспечивают требования, указанные в задаче, для вала диаметром 70 мм.

 

Задача 1

Подобрать марку стали для изготовления тяжело нагруженных коленчатых валов двигателей диаметром 60 мм; предел прочности стали должен быть не ниже 750 МПа.

Рекомендовать химический состав стали, режим термической обработки; указать структуру после каждой операции термической обработки и механические свойства в готовом изделии.

 

Задача 2

Завод должен изготовить три вала двигателей. Все они должны иметь предел прочности при растяжении не ниже750 МПа.

Однако первый вал имеет диаметр 35 мм, второй вал – 50 мм и третий – 120 мм.

Выбрать марки стали для изготовления валов, указать химический состав и механические свойства; обосновать сделанный выбор марок стали, рекомендовать режим термической обработки и указать структуру стали в готовом вале.

 

Задача 3

Зубчатые колеса в зависимости от условий работы и возникающих напряжений можно изготавливать из стали обыкновенного качества, качественной углеродистой и легированной с различным содержанием легирующих элементов.

Выбрать, руководствуясь техническими и экономическими соображениями, сталь для изготовления колес диаметром 50 мм и высотой 30 мм с пределом прочности не ниже 350-380 МПа.

Указать термическую обработку колее, механические свойства и структуру выбранной стали в готовом изделии и для сравнения механические свойства и структуру сталей 45 и 40ХН после улучшающей термической обработки.

 

Задача 4

Многие зубчатые колеса двигателей должны обладать высокими характеристиками прочности и вязкости. В случае изготовления зубчатых колес путем нареза из прутка, ударная вязкость в поперечном направлении, т. е. в направлении изгиба зуба, будет относительно низкой.

Подобрать марки стали для изготовления зубчатых колес диаметром 50 мм и высотой 40 мм, обеспечивающей получение после термической обработки предела текучести не ниже 500 МПа, твердости не ниже НВ 250-260 и ударной вязкости не ниже 0,4 МДж/м².

Указать химический состав стали, режим термической обработки и микроструктуру стали в готовом изделии.

 

Задача 5

Цех изготовляет зубчатые колеса диаметром 50 мм из цементуемой стали. Подобрать марки стали: а) для зубчатых колес, работающих в условиях обычного износа и удара, б) для зубчатых колес, работающих при повышенных удельных давлениях.

Указать химический состав выбранных марок стали, рекомендовать режим термической обработки, объяснить назначение каждой операции термообработки и ее влияние на структуру и свойства стали.

Сопоставить механические свойства стали выбранных марок в готовом изделии и привести механические свойства, которые можно подучить при изготовлении подобных зубчатых колес из модифицированного чугуна, хорошо работающего на износ.

 

Задача 6

Станины станков изготавливают литьём. Предел прочности должен быть 200-250 МПа.

Выбрать марку сплава, пригодного для изготовления станины, имеющей неодинаковую толщину в разных сечениях, и указать режим термической обработки станины и структуру сплава.

При решении задачи учесть, что в литой детали необходимо иметь, возможно, меньше напряжений и термическая обработка должна предупредить деформацию (коробление) станины в процессе эксплуатации станка.

 

Задача 7

Блок цилиндров двигателей трактора изготовляют из чугуна с твердостью НВ 170-240 и повышенной прочностью и износоустойчивостью.

Подобрать марку чугуна, привести его структуру и механические свойства и указать, какой должен быть принят химический состав чугуна, для того чтобы обеспечить получение заданных свойств.

Указать, каким требованиям должны отвечать химический состав и структура чугуна, если цилиндры нагреваются в работе до 500-600 °С.

 

Задача 8

Шатуны подвергаются действию знакопеременных и ударных нагрузок, поэтому они должны иметь максимально однородные свойства в продольном и поперечном направлениях. Шатуны двигателей изготовляют в зависимости от типа двигателей из стали с пределом прочности при растяжении: а) 700-750 МПа и б) 900-950 МПа. Ударная вязкость в обоих случаях должна быть нениже 0,7-0,8 МДж/м².

Подобрать марки стали для изготовления шатунов обоих типов, привести химический состав, режим термической обработки, микроструктуру и механические свойства в готовом изделии.

 

Задача 9

Валы диаметром 70 мм для гидротурбин, испытывающие в работе значительные напряжения, часто изготовляют из хромоникелевой стали, обладающей после термической обработки высокими характеристиками прочностиσ_В более 750-800 МПа, предел выносливости σ_-1 ниже 300-350 МПа (при повышенной вязкости).

Выбрать марку хромоникелевой стали, указать ее химический состав, режим термической обработки, структуру и механические свойства после окончательной термической обработки.

Указать, какие специфические дефекты встречаются в хромоникелевой стали в результате неправильного ведения процесса термической обработки (отпуска).

 

Задача 10

Рессоры грузового автомобиля изготовляют из качественной легированной стали; толщина рессоры до 10 мм.

Сталь в готовой рессоре должна обладать высокими пределами прочности, выносливости и упругости и не ломаться при эксплуатации.

Рекомендовать режим термической обработки, структуру и механические свойства, которые можно получить при правильном выборе состава стали и обработки пружины.

Объяснить, как влияет состояние поверхности на качество рессоры и указать способ обработки поверхностного слоя, позволяющий повысить предел выносливости.

 

Задача 11

Цилиндрические пружины железнодорожных вагонов изготавливаются в массовых количествах. Пружины относительно больших размеров (например, с толщиной проволоки 10-15 мм и высотой пружины более 100 мм) удобно изготовить навивкой в горячем состоянии.

Подобрать марку пружинной стали, не содержащей дорогих элементов и привести ее химический состав. Указать механические свойства и микроструктуру после навивки и термической обработки.

Указать, какое сочетание механических свойств необходимо иметь в пружинах и как влияет на повышение механических свойств применение термической обработки.

 

Задача 12

Поршневые пальцы диаметром 30 мм и длиной 50 мм должны иметь по условиям работы вязкую сердцевину и твердую поверхность, хорошо сопротивляющуюся износу(HRC 58-62).

Указать режим обработки, обеспечивающий получение требуемых свойств, если пальцы изготовляют массовыми партиями: а) из стали 20, б) из стали 45. Привести химический состав сталей 20 и 45 и сопоставить механические свойства в сердцевине изделия из стали 20 и45.

Задача 13

Подобрать марку стали для изготовления валов диаметром 50 мм для двух редукторов. По расчету сталь одного из валов должна иметь предел прочности не ниже 600 МПа, а для другого - не ниже 800 МПа.

Указать: 1) химический состав стали выбранных марок, 2) рекомендуемый режим термической обработки для получения заданного предела прочности, 3) структуру стали после каждой операции термической обработки, 4) механические свойства в готовом изделии.

 

Задача 14

На заводе изготовлялись валы для двигателей внутреннего сгорания диаметром 60 мм из стали, имеющей предел текучести 200-230 МПа и относительное удлинение20-22%.

В дальнейшем был получен предел текучести:

а) в валах одного типа 600 МПа и ударную вязкость0,6 МДж/м²;

б) в валах другого типа 800 МПа и ударную вязкость0,8 МДж/м².

Указать марки, химический состав и микроструктуру стали, обеспечивающие получение заданного предела текучести и ударной вязкости.

Рекомендовать режим термической обработки валов, привести структуру и механические свойства после окончательной обработки.

 

Задача 15

Червяк редуктора диаметром 35 мм можно изготовить из цементуемой и нецементуемой стали. Обосновать, в каких случаях целесообразно применять цементуемую и в каких случаях нецементуемую сталь. Предел прочности в сердцевине детали должен быть 600-700 МПа.

Выбрать марку цементуемой и марку нецементуемой качественной углеродистой стали. Указать химический состав, рекомендовать режим химико-термической и термической обработки и сопоставить механические свойства стали обоих типов в готовом изделии.

 

Задача 16

Заводу поручено изготовить зубчатые колеса сложной формы диаметром 50 мм и высотой 100 мм, которые должны обладать твердостью на поверхности не ниже HRC 58-60, а в сердцевине прочности не ниже 400 МПа и ударной вязкостью не ниже 0,5-0,6 МДж/м².

Завод изготовил первую партию зубчатых колес из углеродистой цементуемой стали, однако некоторые зубчатые колеса получили деформацию при закалке.

Подобрать марку стали и рекомендовать режим термической обработки после цементации, чтобы обеспечить получение заданных механических свойств и устранить брак по деформации.

Указать микроструктуру стали в сердцевине и поверхностном слое после окончательной обработки и причины, вызывающие деформацию при закалке.

 

Задача 17

Стаканы цилиндров мощных моторов должны обладать особо повышенной износоустойчивостью на рабочей поверхности и поэтому высокой твердостью (HRC 62-64). Одновременно требуются высокие механические свойства в сердцевине (предел текучести должен быть не менее 750 МПа).

Указать марку и состав стали, применяемой для этой цели, и рекомендовать режим термической и химико-термической обработки.

Сопоставить последовательность применяемых при этом термических операций, продолжительность химико-термической обработки, толщину, структуру и твердость поверхностного твердого слоя и сравнить выбранный состав стали и режим обработки с составом стали и обработкой, применяемой при цементации.

 

Задача 18

Стаканы цилиндров двигателей внутреннего сгорания с толщиной стенки 40 мм должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности. На заводе эти детали изготовляются из стали 20 с последующей цементацией и термической обработкой.

В дальнейшем завод начал изготовлять цилиндры более ответственного назначения с повышенной износоустойчивостью и твердостью на поверхности не ниже HRC 62-64. Эту твердость сталь должна сохранить принагреве до 300-400 °С.

Указать, какие изменения необходимо было внести в технологический процесс термической и химико-термической обработки, выбрать марку стали для изготовления цилиндров.

 

Задача 19

Цементированный слой в деталях, изготовленных из хромоникелевой стали, может получить после закалки пониженную твердость (HRC 52-56) вследствие сохранения в структуре значительного количества остаточного аустенита.

Указать марку и химический состав цементуемой стали, в которой можно получить для сердцевины детали диаметром 80 мм, предел прочности 800-900 МПа при ударной вязкости 0,8 МДж/м², а для поверхностного слоя.

Объяснить, можно ли при нагреве для отпуска превратить остаточный аустенит в мартенсит и получить при этом указанную высокую твердость.

Указать и обосновать режим дополнительной термической обработки, позволяющей получить в детали необходимые твердость и структуру. Привести последовательность и режим всех операций термической обработки, а также структуру в поверхностном слое и в сердцевине детали после закалки и после окончательной обработки.

 

Задача 20

Завод изготавливает два типа зубчатых колес. Размеры колес одинаковы (диаметр 50 мм и высота 70 мм), работают колёса в равных условиях. Предел текучести должен быть не ниже 540-550 МПа.

Выбрать сталь для зубчатых колёс с учётом, что второй тип имеет более сложную форму. Привести состав и марку стали, учитывая технологические особенности термической обработки и необходимость предотвратить деформацию и образование трещин при закалке.

Обосновать сделанный выбор материала, рекомендовать режим термической обработки и указать механические свойства в готовом изделии.

 

Задача 21

Известно, что многие крупные детали для железнодорожного транспорта, изготавливают литыми, затем подвергают термической обработке для повышения механических свойств. Выбрать марку стали и обосновать режим термической обработки, если предел прочности должен быть не ниже 300 МПа.

 

Задача 22

Изготовление червячных колес диаметром 140 мм и толщиной 30 мм производилось заводом из серого чугуна. В дальнейшем потребовалось увеличить стойкость колёс. Серый чугун в этом случае должен обладать пределом прочности в 1,5 раза выше и относительным удлинением не менее 2 - 3%.

Указать структуру и предел прочности серого чугуна, обладающего наиболее высокими механическими свойствами, которые можно получить в отливке указанной толщины.

Привести способ получения чугуна, имеющего прочность в 1,5 раза больше прочности указанного серого чугуна.

Задача 23

При реконструкции крана, предпринятой для увеличения его грузоподъёмности, конструктор не изменил диаметр ведущей оси крановой тележки, а заменил материал оси другой сталью с пределом текучести в 1,5 раза более высоким.

Указать марку углеродистой качественной и легированной стали, из которой можно изготовить ось тележки, рекомендовать режим термической обработки и сопоставить механические свойства выбранных марок со Ст. 5, из которой ранее изготовлялась ведущая ось диаметром 70 мм.

 

Задача 24

Выбрать стали для шпинделей токарных и шлифовальных станков с учетом того, что шпиндели работают в условиях износа, которые, кроме того, должны обеспечить высокую точность обработки. Деформация шпинделей шлифовальных станков при окончательной термической обработке должна быть минимальной. Оба шпинделя должны иметь повышенную износостойкость.

Указать структуру выбранной стали и твердость поверхностного слоя и сердцевины после окончательной обработки.

 

Задача 25

В целях экономии коленчатые валы легкового автомобиля изготавливают не из стали, а из чугуна – материала, мало чувствительного к надрезу.

Выбрать класс и марку чугуна с пределом прочности не ниже 400 МПа и относительным удлинением 2-3%.

Указать структуру выбранного чугуна и форму выделения графита и объяснить, какие изменения в этом случае надо внести в условия выплавки.

 

Задача 26

Щёки и шары машин для дробления руды и камней работают в условиях повышенного износа, сопровождаемого ударами.

Выбрать сталь для изготовления щёк и шаров, указать её химический состав и свойства, в том числе обрабатываемость резанием на станках.

Рекомендовать наиболее эффективныйтехнологический процесс изготовления и режим термической обработки щёк и шаров. Указать структуру стали в готовом изделии.

Задача 27

Многие детали установок расщепления нефти, в частности трубы печей, подвержены действию высоких температур.

Выбрать состав стали для труб, не испытывающих больших нагрузок, но нагревающихся в работе от 450-500°С до 600°С.

Указать режим термической обработки и микроструктуру стали, а так же объяснить роль легирующих элементов, позволяющих использовать эти стали для длительной работы при высоких температурах.

 

Задача 28

Лопатки и другие детали особо мощных реактивных двигателей кратковременного действия работают в сильной окислительной среде при высоких температурах (1000 -1500°С). Металл, из которого изготавливают эти детали, должен обладать повышенной коррозионной стойкостью высокими характеристиками кратковременной прочности при указанной температуре.

Выбрать металл или сплав для названных изделий, указать его состав и свойства, а также привести метод защиты изделий от окисления.

 

Задача 29

Нержавеющая хромоникелевая сталь некоторых составов обладает хорошей стойкостью против действия ряда химических сред, но после сварки становится чувствительной к интеркристаллитной коррозии в зоне, прилегающей к сварному шву.

Указать химический состав, режим термической обработки и микроструктуру нержавеющей стали, стойкой против действия органических кислот и указать, какой компонент должна содержать эта сталь для сохранения стойкости против интеркристаллической коррозии.

 

Задача 30

Лопатки реактивных и турбореактивных двигателей работают в окислительной среде при температурах 600-900°С. К этим сплавам предъявляются требования: высокая окалиностойкость, сопротивление ползучести, высокая длительная прочность при температурах до 800-900 °С.

Требуется выбрать состав сплава указать методы термической обработки и привести структуру и свойства после окончательных операций этой обработки.

Задача 31

На заводе изготавливали кольца для шарикоподшипников диаметром 20 мм из стали ШХ 15. Появилась необходимость увеличения диаметра, шарикоподшипников до 50 мм.

Подобрать марку стали для изготовления колец шарикоподшипников увеличенных размеров. Указать режим термической обработки и структуру в готовом изделии.

 

Задача 32

При сборке строительных конструкций потребовалось большое количество болтов.

Подобрать марку стали для изготовления болтов, обеспечивающую изготовление болтов на быстроходных станках-автоматах.

Указать химический состав, режим термической обработки, механические свойства выбранной стали.

Объяснить роль элементов присутствующих в стали на её технологичность.

 

Задача 33

Выбрать марку быстрорежущей стали, наиболее пригодной для изготовления долбяков с наружным диаметром 50 мм.

При выборе марки стали для долбяка учесть, что обрабатывающий материал имеет твердость НВ 200-220. Долбяк при работе испытывает динамические нагрузки.

Рекомендовать режим термической обработки выбранной стали и указать структуру и механические свойства.

 

Задача 34

Выбрать марку стали для изготовления топоров. В целях предотвращения смятия и выкрашивания в процессе работы, лезвие топора должно иметь твердость HRC 50-55 на высоту 30-40 мм. Остальная часть не подвергается термической обработке.

Указать химический состав стали, режим термической обработки, обеспечивающий указанные требования, а так же способ закалки, позволяющий получить необходимую твердость только в лезвии топора.

Задача 35

На завод поступило несколько партий прутков из стали 45Х, поставляемых с твердостью НВ 160-180. Однако одна из поступивших партий имела твердость НВ 200-250.

Указать способ и режим термической обработки, позволяющий снизить твердость этой партии прутков. Подобрать быстрорежущую сталь для изготовления фрез, пригодных для обработки стали 45Х.

Привести химический состав, структуру и термическую обработку выбранной быстрорежущей стали.

 

Задача 36

Известно, что штампы сложной формы сильно деформируются при закалке.

Указать режим термической обработки штампов из стали Х12М, при выполнении которой значительно уменьшается деформация. Указать структуру стали после закалки и объяснить причины, способствующие уменьшению деформации.

 

Задача 37

Выбрать марку легированной инструментальной стали для изготовления круглых плашек, обрабатывающих мягкую низкоуглеродистую сталь.

Указать режим термической обработки и способы защиты от обезуглероживания и окисления при нагреве для закалки. Привести химический состав, структуру и свойства после окончательной термообработки.

 

Задача 38

При разработке горных пород используют пневматические долота, которые должны обладать высокой твердостью в пределах HRC 55-58 и износостойкостью. А так как при работе они испытывают ударные нагрузки, то и достаточную вязкость.

Выбрать марки стали для долот простой и сложной формы.

Указать режим термической обработки, привести структуру и свойства выбранных сталей.

 

Задача 39

Выбрать сталь для пуансонов выдавливания жаропрочных сплавов разогревающихся при работе до температур 700-720°С, если диаметр пуансона составляет 60 мм.

Рекомендовать режим термической обработки пуансона. Привести хим. состав выбранной стали, свойства и механические свойства после термической обработки.

 

Задача 40

На заводе для обрабатывания чугунных и стальных деталей применялась быстрорежущая сталь нормальной теплостойкости.

В целях повышения производительности обработки появилась необходимость замены применяемой стали для резцов.

Выбрать сплав, обеспечивающий указанные условия. Привести химический состав, структуру, твердость, прочность и теплостойкость и способ изготовления этих сплавов и сравнить их с аналогичными характеристиками быстрорежущей стали.

 

Таблица П1

Химический состав исследуемой марки стали

 

Марка стали	С	Mn	Si	S	P

Примечание:

1. Образцы имеют d = 200 мм, h = 20 мм.

2. Исходное состояние – отожженое.

 

Таблица П2

Протокол термической обработки образцов стали 45

 

№ п/п	Твердость до т/о НВ кгс/мм^2	Температура, °С	t, мин	Охлаждающая среда	Твердость после т/о	Предполагаемая структура
HRC, единиц	HB, кгс/мм^2

 

Таблица П3

Перевод чисел твердости, полученных в результате замеров

различными методами

 

Временное сопротивление разрыву σв кгс/мм^2	Твердость
по Бринеллю, 10/3000 НВ	по Роквеллу, с алмазным наконечником НR – единица Роквелла	по суперроквеллу, с алмазным наконечником, НRN	по Виккерсу НV, кгс/мм^2
диаметр отпечатка, мм	число твердости НВ, кгс/мм^2	Шкалы
А Р = 60 кгс	D Р =100 кгс	C Р =150 кгс	15 N Р =15 кгс	30 N Р =30кгс	45 N Р =45 кгс
–	–	–	82,5	72,5
–	–	–	82,0	72,0		90,5	78,5	68,0

Продолжение табл. П3

 

–	–	–	81,5	71,0	60,0	90,0	–	–
–	–	–	81,0	70,5	59,0	89,5	77,0	65,5
–	–	–	80,5	69,5	58,0	89,0	76,0	64,5
–	–	–	80,0	69,0	57,0	88,5	75,0	63,5
–	–	–	79,5	68,0	56,0	88,0	74,0	62,0
–	–	–	79,0	67,0	55,0	87,5	73,5	61,0
–	–	–	78,5	66,5	54,0	87,0	72,5	60,0
	–	–	–	–	53,5	–	72,0	–	–
	–	–	78,0	65,5	53,0	86,5	71,5	59,0
	–	–	–	–	52,5	–	–	–	–
	–	–	77,5	65,0	52,0	86,0	70,5	57,5
	–	–	76,5	–	51,5	–	–	–	–
	–	–	76,0	64,0	51,0	85,5	70,0	56,5
	–	–	76,0	–	50,0	–	–	–
	–	–	76,0	62,5	49,0	84,5	68,0	54,0
	–	–	75,0	–	48,5	–	–	–	–
	–	–	75,0	62,0	48,0	84,0	67,0	53,0
	2,85		74,5	–	47,5	–	–	–	–
			74,0	61,0	47,0	83,5	–	–
	2,88		73,5	60,5	46,0	83,0	65,5	51,0
	2,90		73,0	–	45,5	83,0	–	–	–
	2,92		73,0	–	45,0	83,0	–	–
	2,95		73,0	–	44,0	82,0	63,5	48,5
	3,00		72,5	–	43,5	–	–	–	–
	3,05		72,0	58,0	43,0	81,5	62,5	47,5
	3,08		72,0	57,5	42,0	81,0	62,0	46,05
	3,10		71,0	–	41,0	–	–	–
	3,15		71,0	55,0	40,0	80,0	60,0	44,0
	3,20		70,0	55,0	39,0	–	–	–
	3,25		69,0	54,5	38,0	–	–	–
	3,30		69,0	53,5	37,0	–	–	–
	3,35		68,0	53,0	36,0	–	–	–
	3,40		67,5	52,0	35,0	–	–	–
	3,45		67,0	51,5	34,0	–	–	–
	3,50		67,0	50,5	33,0	–	–	–

 

Окончание табл. П3

 

	3,53		66,5	50,0	32,0	–	–	–
	3,60		65,5	48,5	30,0	–	–	–
	3,65		65,0	47,5	29,0	–	–	–
	3,70		64,5	46,5	28,0	–	–	–
	3,75		64,0	45,5	27,0	–	–	–
	3,80		64,0	44,5	26,0	–	–	–
	3,85		63,0	43,0	25,0	–	–	–
	3,90		62,5	42,0	24,0	–	–	–
	3,95		62,0	41,5	23,0	–	–	–
	4,00		61,5	41,0	22,0	–	–	–
	4,05		61,0	–	21,0	–	–	–
	4,10		61,0	–	20,0	–	–	–
	4,15		60,0	–	19,0	–	–	–

 

Для деталей сложной формы, длинномерных деталей из высокопрочных среднелегированных сталей 30Х2ГСН2А, 40ХН2СМА, 30Х2ГСН2ВМ, 25Х2ГНТА и 26ХНВМБР, на которых невозможен замер твердости по Роквеллу и Виккерсу, допускается замер твердости по Бринеллю до 500 единиц НВ. Значения соответствия s_в НВ приведены в табл. П4 и П5.

 

Таблица П4

Зависимость временного сопротивления разрыву s_в от твердости НВ, кгс/мм²

 

Число твердости НВ, кгс/мм^2 10/3000	Временное сопротивление разрыву sв кгс/мм^2