Перечень задач для выполнения индивидуальных заданий

1. Несущие конструкции современных морских судов имеют повышенные габариты и массу, если их изготавливают из углеродистой строительной стали обыкновенного качества (Ст3сп). Выбрать марку строительной стали примерно с таким же относительно низким содержанием углерода, но с пределом текучести в 1,5 раза более высоким, чем у стали Ст3, и хорошей свариваемостью. Объяснить, какими путями может быть достигнуто указанное улучшение свойств.

2.Завод изготавливает коленчатые валы диаметром 70 мм; сталь в готом изделии должна иметь предел текучести не ниже 30 кгс/мм² и ударную вязкость не ниже кгс×м/см². Кроме того, шейки вала должны обладать повышенной износостойкостью. Привести марку стали, рекомендовать режим термической обработки всего вала для получения заданных свойств и высокопроизводительный режим последующей термической обработки, повышающей твердость поверхности шеек вала.

Указать структуру и твердость слали в поверхностном слое шейки вала, структуру и механические свойства самого вала.

3. Гильзы цилиндров ДВС должны иметь повышенную износостойкость на рабочей поверхности, высокую твердость (HV 950-1000) и высокие механические свойства в сердцевине (предел текучести должен быть не менее 75 кгс/мм²). Указать марку стали, применяемую для этого, и рекомендовать режим термической и химико-термической обработки. Сопоставить последовательность применяемых при этом термических операций, продолжительность химико-термической обработки, толщину, структуру, твердость поверхностного слоя.

4.Шестерни подвергаются действию знакопеременных и ударных нагрузок и должны иметь максимально однородные свойства в продольном и поперечном направлениях. Их изготавливают в зависимости от испытываемых ими нагрузок из стали с пределом текучести: 50-55 кгс/мм² и 70-75 кгс/мм². Ударная вязкость в обоих случаях должна быть не ниже 7-8 кгс×м/см².Выбрать сталь для шестерен обоих типов, привести химический состав, марку, способ изготовления заготовки (литье, ковка, прокат), режимы термической обработки, микроструктуру и механические свойства в готовом изделии.

5.Для повышения изностойкости гильз цилиндров высокооборотных ДВС применяют азотирование. Выбрать сталь, пригодную для азотирования, привести химический состав, рекомендовать режим термической обработки и режим азотирования и указать твердость поверхностного слоя и механические свойства нижележащих слоев в готовом изделии. Сравнить: твердость, получаемую при азотировании с получаемой при цементации; температуры, до которых может быть сохранена твердость азотированного и цементированного слоев; при каком из этих процессов меньше деформация детали?

6.Выбрать сталь для изготовления валов диаметром 50 мм для двух редукторов. По расчету сталь для одного из валов должна иметь предел текучести не ниже 35 кгс/мм², а для другого - не ниже 50 кгс/мм².Указать: 1) марки и состав выбранных сталей; 2) рекомендуемые режимы термической обработки; 3) структуру после каждой операции термической обработки; 4) механические свойства в готовом изделии. Можно ли применять углеродистую сталь обыкновенного качества для изготовления валов требуемого сечения и прочности?

7.На заводе изготавливают валы двигателей внутреннего сгорания диаметром 60 мм из стали с пределом текучести 20-23 кгс/мм² и относительным удлинением 20-22%. В дальнейшем был получен заказ на валы такого же диаметра для более мощных двигателей; завод должен был гарантировать предел текучести:1) в валах одного типа не ниже 60 кгс/мм² и ударную вязкость не ниже 6 кгс×м/см² 2) в валах другого типа не ниже 8 кгс×м/см².Указать марку стали, режим термической обработки, структуру и механические свойства после окончательной обработки.

8.Поршневые пальцы диаметром 30 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 изготавливают массовыми партиями из сталей 20 и 45.Привести химический состав сталей 20 и 45 и сравнить продолжительность термической обработки изделий из стали 20 и из стали 45 для получения поверхностного твердого слоя толщиной 0,8-1,0 мм. Указать цикл всех операций термической обработки поршневых пальцев из этих сталей и механические свойства в сердцевине изделия из сталей 20 и 45.

9.Ведущая ось крановой тележки диаметром 70 мм была изготовлена из стали Ст5. При реконструкции крана. Предпринятой для увеличения его грузоподъемности, конструктор не изменил диаметра ведущей оси, 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 стали выбранных марок с аналогичными свойствами стали Ст5.

10.Завод изготавливает детали при различных условиях резания: резцами с большой скоростью резания обрабатывается легированная сталь твердостью НВ 300-350; резьбовыми фрезами с умеренной скоростью нарезаются стали твердостью НВ 200-220; плашками диаметром 60 мм с небольшой скоростью нарезается резьба на стали твердостью НВ 120-140. Подобрать марку сплава (стали) для каждого из этих инструментов, обосновать сделанный выбор и сравнить микроструктуру и основные свойства выбранных материалов.

11.Заводу необходимо изготовить крупногабаритную пружину железнодорожного вагона. В наличии имеются следующие марки сталей: 40, 40Х, 12Х2Н4А, 60С2, 60С2ХФА, Н12К15М10. Рекомендуйте наиболее подходящую для этой цели сталь и опишите её состав, термическую обработку и рабочую структуру. Объясните сделанный выбор.

12.Для изготовления деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь 15Х28. Укажите состав стали, объясните причину её коррозионной стойкости, обоснуйте выбор.

13.Конические зубчатые колёса диаметром 50 мм в электротележках работают в условиях износа, динамических нагрузок. Согласно требованию конструктора, сталь для этой детали должна иметь вязкую сердцевину. Рекомендовать марку стали, упрочняющую термическую обработку и рекомендовать режим упрочняющей термической обработки.

14.Червячные фрезы диаметром 15мм работают при значительных статических нагрузках на трение и износ. Температура, возникающая при работе фрезы - 200°С. Фрезы обрабатывают конструкционную сталь твёрдостью 180-200 НВ. Рекомендовать марку стали для фрезы, режим упрочняющей термической обработки и обосновать сделанный выбор.

15.Червяк редуктора диаметром 35 мм работает в условиях износа при ударных и статических нагрузках. Максимальные напряжения детали должны быть не менее 700 МПа. Выбрать марку стали, рекомендовать вид и режимы термической обработки, обосновать сделанный выбор.

Содержание

1.Практическое занятие «Анализ диаграмм фазового равновесия»………………3

2.Практическое занятие «Анализ диаграмм фазового равновесия сплавов системы «Железо – цементит»…………………………………………………………………….18

3.Практическое занятие «Выбор режима нагрева стали при термообработке»…..28

4.Практическое занятие «Выбор вида и параметров термической обработки»….37

5. Практическое занятие «Закаливаемость и прокаливаемость стали»…………..56

6.Практическое занятие «Расчет состава шихты для выплавки цветных сплавов заданного состава»………………………………………………………………………60

7.Практическое занятие «Выбор стали для обеспечения надежности работы изделия в условиях эксплуатации»……………………………………………………………...78

 

Литература

1. Материаловедение: практикум И.В.Городниченко, Б.Ю. Давиденко, В.А.Исаев и др.; Под ред С.В.Ржевской.- М.:Университетская книга, Логос, 2006. -272с.

2. Материаловедение и технология металлов: Учебное пособие /Г.П.Фетисов, М.Г.Карпман, В.М.Матюнин и др. М.: Высшая школа. 2001. 638 с.

3. Материаловедение/ Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003 -648с.

4. Мозберг Р.К. Материаловедение. Таллин: "Валгус". 1976.

5. Мозберг Р. К. Материаловедение. М. Высшая шк., 1991. 448 с.

 

Приложение I