Практическое занятие №3 «разбор диаграммы состояния сплавов системы «железо-углерод»» (ме-6 железо и его сплавы)

Задания к практическому занятию

 

Выполнить анализ фазовых превращений, происходящих при медленном охлаждении из области жидкой фазы до комнатной температуры в сплаве состава Х₁ системы железо-углерод.

 

Варианты заданий:

 

№ варианта задания	Х1 (С,%)	№ варианта задания	Х1 (С,%)
	0,16 0,30 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,14 2,30		2,60 3,00 3,30 3,60 4,00 4,30 4,60 5,00 5,30 5,60 6,00 6,40

 

Пример выполнения работы

 

Задание:

Выполнить анализ фазовых превращений, происходящих при медленном охлаждении из области жидкого раствора до комнатной температуры в сплаве состава Х₁ = 4,6 % системы железо – углерод.

 

Решение:

1. Вычерчиваем диаграмму состояния железо – углерод.(рисунок 1)

2. Анализ фазовых превращений.

2.1. Подсчитаем число степеней свободы С для сплава Х₁ при различных температурах по правилу фаз.

Число компонентов К=2 (железо, углерод). Число фаз Ф и степеней свободы С при различных температурах:

t > t₁ Ф = 1 (Ж) С=2-1+1=2

t – переменная, С – переменная.

 

t₂< t< t₁ Ф = 2 (Ж, Ц₁) С=2-2+1=1

t – переменная, С – const.

 

t = t₂ Ф = 3 (Ж, А, Ц) С=2-3+1=0

t – const, С – const.

 

t₄< t< t₂ Ф = 2 (А, Ц) С=2-2+1=1

t – переменная, С – const.

 

t = t₄ Ф = 3 (А, Ф, Ц) С=2-3+1=0

t – const, С – const.

t > t₄ Ф = 2 (Ф, Ц) С=2-2+1=1

t – переменная, С – const.

2.2. С учетом полученных при расчетах данных о температурах представляется схема кривой охлаждения сплава Х₁.

 

Рисунок 1 - Диаграмма фазового равновесия железо-углерод и ривая охлаждения сплава Х₁

 

2.3. Запишем фазовые превращения, происходящие при медленном охлаждении сплава Х₁, с указанием температур превращений и соответствующих концентраций фаз:

2.4. Количественные расчеты для сплава Х₁ по правилу отрезков:

В точке 12: В точке 3: В точке 5:

 

3.2 Контрольные вопросы:

 

1) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) при 1147 ⁰ С (линия ЕСF)?

2) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) по линии ЕS?

3) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) по линии РQ?

4) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) по линии СD?

5) Какое превращение происходит в сплавах в процессе охлаждения (нагрева) при 727 ° С (линия РSК)?

6) Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит?

7) Какие превращения происходят в сплавах при температурах А₁, А₂, А₃, А₄, А_cт?

8) Как определить состав и соотношение фаз в любой точке диаграммы Fе-С?

 

4 Практическое занятие №4 «Определение режимов термической обработки» (МЕ-7 Теория термической обработки. Химико-термическая обработка)

Задания к практическому занятию

Задача №1:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для изготовления валов диаметром 50 мм редуктора. По расчету сталь должна иметь предел прочности:

а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

б) не ниже 800 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

в) не ниже 900 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

 

Задача №2:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала двигателя. Вал должен иметь предел прочности при растяжении не ниже 700 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м² . Диаметр вала:

а) 35 мм; б) 50 мм; в) 120 мм.

 

Задача №3:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала диаметром 60 мм двигателя. Предел текучести стали должен быть:

а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

б) не ниже 800 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

Задача №4:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для шатунов с поперечным сечением стержня 40 мм двигателя внутреннего сгорания. Сталь должна иметь предел прочности при растяжении:

а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

б) не ниже 750 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

в) не ниже 900 МПа, ударную вязкость не ниже 0,9 МДж/м²

 

Задача №5:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для изготовления коленчатых валов с диаметром шейки 60 мм двигателя. Предел текучести стали должен быть:

а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

б) не ниже 750 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

в) не ниже 850 МПа, ударную вязкость не ниже 0,9 МДж/м²

Задача №6:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала тя-

желонагруженного прицепа. Вал должен иметь предел прочности не ниже 700 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м² .

Диаметр вала: а) 40 мм; б) 75 мм; в) 150 мм.

Задача №7:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для зубчатых колес редуктора диаметром 50 мм. Твердость поверхности зубьев должна быть не ниже HRC 58 … 60, толщина поверхностного твердого слоя 0,7 … 0,9 мм.

Предел текучести в сердцевине должен быть:

а) не ниже 500 МПа;

б) не ниже 600 МПа;

в) не ниже 800 МПа.

 

Задача №8:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для стаканов цилиндров мощных дизельных двигателей, которые должны обладать повышенной износостойкостью поверхностного слоя (HV 1000 … 1050); толщина поверхностного твердого слоя 0,30 … 0,35 мм; предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 750 МПа.

 

 

Пример выполнения работы

 

Задание № 1:

На вал машины диаметром 40 мм действуют напряжения кручения и изгиба. Предел текучести материала в середине детали должен быть s_0,2 ³ 800 МПа.

Требуется:

1. Обосновать выбор упрочняющей термической обработки детали.

2. Обосновать выбор группы и марки стали.

3. Обосновать условия и режим термообработки.

4. Выбрать нагревательное устройство.

5. Составить технологическую маршрутную карту обработки детали.

Решение:

Исходя из условий задачи видно, что на деталь действуют напряжения изгиба и кручения, т.е. деталь находится в сложнонапряженном состоянии. Принимаем объемное упрочнение и назначаем термическую обработку, состоящую из полной закалки и высокого отпуска.

Используем группу улучшаемых конструкционных сталей, у которых прокаливаемость при закалке не менее 40 мм. Исходя из заданных численных значений предела текучести s_0,2 ³ 800 МПа, принимаем группу стали для высоконагруженных деталей машин. Предварительно выбираем хромоникелевую сталь марки 40ХН. Проверка по справочным данным показала, что использование стали 40ХН при d = 40 мм обеспечивает s_0,2 ³ 800 МПа. После проведенного анализа назначаем окончательно марку стали 40ХН и операции упрочняющей термической обработки, включающие полную закалку и высокий отпуск.

Назначаем режимы термической обработки.

Режим закалки:

Температура нагрева:

t_нагр = t_Ас3 +(30…50) = 820 + (30…50) =850…870 ⁰С;

время нагрева и выдержки для размера сечения 40 мм составляет при норме 1 мин./мм:

1 мин./мм ´ 40 мм = 40 мин;

Охлаждающая среда – минеральное масло.

Режим отпуска:

По справочным материалам для стали 40ХН с целью обеспечения s_0,2 ³ 800 МПа назначаем температуру отпуска 550 ⁰С. В качестве нагревательных устройств принимаем:

Закалка: камерная печь серии СНО с электрическим нагревом и воздушной атмосферой типа СНО-4.8.2,5/10, t_max=1000 ⁰С.

Отпуск: шахтная печь серии ПН с электронагревом и воздушной атмосферой типа ПН-32, t_max=650 ⁰С.

4.3 Контрольные вопросы:

 

 

1) Что такое мартенсит?

2) Что такое аустенит?

3) Что такое феррит?

4) Что такое сорбит?

5) Что такое троостит?

6) Что такое перлит?

7) Охарактеризуйте точки А₁, А₂, А₃, А_ст, А_С1, А_С3?

8) Что такое закалка? Ее виды.

9) Что такое отпуск? Его виды.