Выбор конструкционных материалов
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное
государственное бюджетное
Факультет «Биомедицинских и пищевых технологий и систем»
Кафедра «Биотехнологии и техносферная безопасность»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
По теме: «Выбор конструкционных материалов»
ПГТА 3.240901.012 ПЗ
Выполнил студент гр. 09БТ Науменко Д.А.
Руководитель: Красная Е.Г.
Работа защищена с оценкой:
Пенза 2013 г.
Утверждаю зав. каф. БТБ
Таранцева К. Р.___________
ЗАДАНИЕ
на курсовую работу
по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
Студенту Науменко Д.А. Группа 09БТ
Тема работы: «Выбор конструкционных материалов»
Вариант № 12
1. Как изменяется блочная (мозаичная) структура при нагреве предварительно деформированного металла? В чем сущность процесса полигонизации?
2. Вычертите диафамму состояния железо карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диафаммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 °С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,2 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах, количественное соотношение фаз.
3. С помощью диафаммы состояния железо - карбид железа определите температуру полной и неполной закалки для стали 45 и дайте краткое описание микроструктуры и свойств стали после каждого вида термической обработки.
4. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) гладких и резьбовых калибров из стали У12А. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.
5. Классификация защитных полимерных покрытий по назначению. Основные требования, предъявляемые к ним, и область их применения в машиностроении.
Задача по выбору машиностроительных сталей 5.1.6.9;
Задача по выбору инструментальных сталей 5.2.17;
Задача по выбору жаропрочныхных сталей 5.4.5.
Руководитель Красная Е.Г._____
Задание получил «16» февраля 2013 г.
Студент Науменко Д.А._______________
СОДЕРЖАНИЕ
1. Как изменяется блочная (мозаичная) структура при нагреве предварительно деформированного металла? В чем сущность процесса полигонизации? 5
2. Вычертите диафамму состояния железо карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диафаммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 °С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,2 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах, количественное соотношение фаз. 6
3. С помощью диафаммы состояния железо - карбид железа определите температуру полной и неполной закалки для стали 45 и дайте краткое описание микроструктуры и свойств стали после каждого вида термической обработки. 9
4. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) гладких и резьбовых калибров из стали У12А. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки. 11
5. Классификация защитных полимерных покрытий по назначению. Основные требования, предъявляемые к ним, и область их применения в машиностроении. 12
5.1.6.9 ЗАДАЧА ПО ВЫБОРУ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ 13
5.2.17 ЗАДАЧА ПО ВЫБОРУ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ 15
5.4.5 ЗАДАЧА ПО ВЫБОРУ ЖАРОПРОЧНЫХНЫХ СТАЛЕЙ 17
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 19
1. Как изменяется блочная (мозаичная) структура при нагреве предварительно деформированного металла? В чем сущность процесса полигонизации?
При нагреве деформированного металла до определенной температуры происходит перераспределение дислокаций с уменьшением энергии, но без существенного уменьшения общего числа дислокаций. Перераспределение дислокаций заметно изменяет структуру - в теле зерна возникает большое количе
Полигонизация — перестройка и упорядочивание дислокационной структуры металлов. Полигонизация приводит к образованию субзёренных границ.
Одним из видов полигонизации является динамическая полигонизация, происходящая при горячей обработке металлов (прокатка, ковка и т. п.). На первом этапе происходит образование т. н. «ячеистой» структуры. Затем при упорядочивании дислокационных стенок происходит образование малоугловых субграниц. В результате ячеистая структура превращается в вытянутые субзёрна. Дальнейшее развитие динамической полигонизации приводит к появлению субграниц, перпендикулярных полученным на предыдущем этапе. Это приводит к образованию равноосных субзёрен. Дальнейшая последеформационная выдержка или повышение температуры приводят к рекристаллизации, то есть увеличению угла разориентировки между субзёрнами и их превращению в зёрна. В сталях с ванадием выделение карбида ванадия VC по этим границам блокирует их, и последующая рекристаллизация не идет. Аналогичный эффект происходит при легировании ниобием, хромом и другими карбидо- и нитридообразующими элементами. Механизм динамической полигонизации является основным при термомеханической обработке металлов.
Рисунок 1 - Схема трансформации дислокационной структуры при полигонизации
При нагреве деформированного металла имеется другая возможность образования более
2. Вычертите диафамму состояния железо карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диафаммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 °С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 1,2 % С. Выберите для заданного сплава любую температуру между линиями ликвидус и солидус и определите состав фаз, т. е. процентное содержание углерода в фазах, количественное соотношение фаз.
Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод
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.
При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3% образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3 Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.
Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических – аустенит + ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный) + ледебурит.
Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при ох
Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.
Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.
В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8% образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8 П[Ф0,03+Ц6,67].
Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.
Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точкаQ), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит + цементит третичный и называются техническим железом.
Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные – перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.
В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147-727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит).
Структура эвтектических чугунов при темп
Правило фаз устанавливает зависимость
C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем толь
Ф – число фаз, находящихся в равновесии.
Сплав железа с углеродом, содержащий 1,2%С, называется заэвтектоидной сталью. Его структура при комнатной те
Рисунок 2: а - диаграмма железо-цементит, б - кривая охлаждения для сплава, содержащего 1,2% углерода
3. С помощью диафаммы состояния железо - карбид железа определите температуру полной и неполной закалки для стали 45 и дайте краткое описание микроструктуры и свойств стали после каждого вида термической обработки.
Полный отжиг заключается в наг
При медленном охлаждении стали приближаются к фазовому и структурному равновесию. Структура после отжига – феррит + перлит. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность.
Основные цели отжига: перекристаллизация стали (измельчение зерна), снятие внутренних напряжений, снижение твердости и улучшение обрабаты
Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (немного выше точки А1 (для стали 45 А1 = 730 °С)). Неполный отжиг доэвтектоидных сталей применяют для улучшения обрабатываемости резанием. При неполном отжиге происходит частичная перекристаллизация стали – вследствие перехода перлита в аустенит. Избыточный феррит лишь частично превращается в аустенит. Структура после отжига – феррит + перлит.
Нормализация заключается в наг
Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более
Сталь 45:
Полный отжиг: 800-820°С;
Неполный отжиг: 750-770°С;
Нормализация 820-840 °С.
4. Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) гладких и резьбовых калибров из стали У12А. Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.
Температура нагрева из сталей У12 при закалке инструмента должна быть выше точки Ас1 на 35-60°С и равна 770—790°С.
Рисунок 3 - Температура закалки углеродистых инструментальных сталей
Охлаждение проводят в воде или в водных растворах NaCl (8—15%), NaOH (10—15%). Охлаждение в водных растворах солей или щелочей дает более удовлетворительные результаты по сравнению с охлаждением в воде: уменьшается возможность образования «мягких пятен», повышается прочность, увеличивается толщина закаленного слоя и обеспечивается его более однородная структура и твердость. При быстром охлаждении в воде или в водных растворах появляются внутренние напряжения, которые могут вызвать образование трещин. Поэтому инструмент из углеродистой стали рекомендуется охлаждать в воде или в водных растворах не полностью, а до потемнения поверхности (до 200—250°С), а затем переносить в масло для полного охлаждения.
После закалки в водных растворах солей или щелочей инструмент необходимо, во избежание коррозии, немедленно промывать в горячей воде (60— 80° С), затем просушивать в струе сжатого воздуха.
Структура стали до закалки С(Ф+Ц) при нагреве стали переход через критическую точку Ас1 сопровождается резким уменьшением зерна. При дальнейшем нагреве зерно аустенита в мелкозернистой стали не растет, т.к. сталь наследственно мелкозернистая. Структура при нагреве А+Ц, после непродолжительной выдержки переносим в закалочную среду.
Наложим на диаграмму изотермического распада аустенита кривые охлаждения (рис. 4).
Рисунок 4 - Кривые охлаждения
5. Классификация защитных полимерных покрытий по назначению. Основные требования, предъявляемые к ним, и область их применения в машиностроении.
Полимерное покрытие - это вид промышленного покрытия
По назначению защитные полимерные покрытия могут быть:
- изолирующие;
- локализирующие;
- дезактивирующие;
- аккумулирующие.
5.1.6.9 ЗАДАЧА ПО ВЫБОРУ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
Условие:
Выбрать марку стали для червяка редукт
Указать:
а) полный химический состав выбранной стали;
б) механические свойства и микроструктуру стали в состоянии поставки и вид термической обработки, применяемой на заводе-изготовителе.
Рекомендовать режим термической обработки, обеспечивающий заданные свойства и показать микроструктуру и механические свойства стали в готовом изделии.
Решение:
Для изготовления используем сталь 40 - сталь конструкционная углеродистая качественная.
Таблица 1 - Химический состав стали, %
Марка стали |
С |
Мn |
Si |
Сr |
Ni |
S |
Р |
Cu |
40 |
0,37-0,45 |
0,35-0,65 |
0,17-0,37 |
<0,25 |
<0,3 |
<0,04 |
<0,035 |
<0,3 |
Механические свойства стали в состоянии поставки: σВ = 680 МПа; σТ = 390 МПа. Термообработка на заводе-изготовителе - нормализация.
Термообработка заключается в з
Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве ст
Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С, а Ас1 равна 730°С. Структура доэвтектоидной стали при нагреве её до критической точки Ас1 состоит из зерен перлита и феррита. В точке Ас1 происходит превращение перлита в мелкозер
Доэвтектоидные стали для закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали под закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит. После закалки сталь имеет высокую твердость.
Высокий отпуск проводится при температуре 580-600˚С. В результате получаем структуру – сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение
Закалка с высоким отпуском (по сравнению с нормализацией или
Свойства стали 40 после улучшения: σВ = 950 МПа; σТ= 650 МПа; δ= 13%; Ψ= 55%; KCU = 1,0 МДж/м2; НВ = 255.
5.2.17 ЗАДАЧА ПО ВЫБОРУ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
Выбрать марку стали штампов для холодн
Инструментальными называются углеродистые и легированные стали высокой твёрдости ( примерно 60-65 HRc ) в режущей кромке , значительно повышающей твёрдость обрабатываемого материла , а так же высокой прочностью при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и износостойкостью , необходимой для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании . Именно благодаря этим свойствам , стали этого класса используются при изготовления различного инструмента
Выбираем сталь У10
Предложенная для изготовления штампов сталь У10 относится к углеродистым сталям небольшой прокаливаемости. Углеродистые инструментальные стали этого класса имеют небольшую прокаливаемость вследствие неустойчивости переохлаждённого аустенита. Эти стали применяют для изготовления штампов высадочных и вытяжных, метчиков для резания мягких материалов.
Углеродистые стали можно испол
Углеродистые стали в исходном состоянии имеют структуру зерн
По данным Лахтина Ю. М. “Металловедение” , мелкий инструмент , такой , например , каким являются метчики и плашки , из стали У10 закаливают в воде или в водных растворах солей , а охлаждают в горячих средах , то есть применяется ступенчатая закалка .
Отпуск проводят при 150-170°С для сохранения высокой твёрдости ( 62-63 HRС).
Таблица 2 - Значения закалки , нагрева и отпуска для изделий из стали У10 : (нагрев- 760-780°С)
Твёрд. в исх. сост. |
Закалка ,°С |
Охл. Среда |
Отпуск , °С |
Получ. твёрд . |
170-180 НВ |
160-170 |
KOH+NaOH+H2O(4%) |
150-170 |
62-63 HRc |
Таблица 3 - Твёрдость изделия до и после закалки . Структуры стали
Величина |
До термообработ. |
После термообраб. |
Твёрдость |
170-180 НВ |
62-63 HRС |
Структура |
зернистый перлит |
мартенсит и карб . |
5.4.5 ЗАДАЧА ПО ВЫБОРУ ЖАРОПРОЧНЫХНЫХ СТАЛЕЙ
Выбрать сплав для лопаток сверхмощных
По данным характеристикам выбираем сплав жаропрочный ХН62МВКЮ.
Таблица 4 -Химический состав стали, %
Марка стали |
С |
Мn |
Si |
Сr |
Ni |
S |
Р |
Fe |
Mo |
Al |
W |
Co |
ХН62МВКЮ |
<0,1 |
<0,3 |
<0,6 |
8,5-10,5 |
56,03-70 |
<0,011 |
<0,015 |
<4 |
9-11,5 |
4,2-4,9 |
4,3-6 |
4-6 |
Термическая обработка сплавов состоит из закалки и старения. Закалка производится при температурах 1220-1280°С в течение 3-5 ч. Отливки деталей получают методом точного литья по выплавляемым моделям и закаливают в вакууме. Упрочняющая g¢-фаза выделяется в основном в процессе охлаждения. В процессе старения при температуре 950°С в течение 2 ч происходит дополнительное незначительное выделение частиц g¢-фазы и упрочнение сплавов.
Окончательная структура сплавов состоит из легированного твёрдого раствора на никелевой основе, g¢-фазы и карбидов. Макроструктура сплава содержит поперечных границ зёрен, а сами зёрна обычно ориентированы по длине лопатки в направлении ребра гранецентрированной решётки.
Сплавы обладают высокими механическими свойствами.
Предел кратковременной прочнос
Для защиты металла от коррозии применяют различные способы. В нашем случае используется легирование.
Легирование стали повышает ее антикоррозионные свойства. Например, совершенную стойкость к атмосферной коррозии показывают нержавеющие легированные стали, содержащие в большом количестве хром, который, образуя на поверхности оксидные пленки, приводит сталь в пассивное состояние. Существенно повышается (в 1,5...3 раза) коррозионная стойкость строительных сталей при введении в их состав меди (0,2...0,5 %). Повышенной стойкости нержавеющих сталей против коррозии способствуют также их однородность и небольшое содержание вредных примесей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф. и др. Материаловедение: Учебник для вузов.- М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.
- Конструкционные и электротехнические материалы / В.Н.Бородулин, А.С.Воробьев, С.Я.Попов и др.; Под ред. В.А.Филикова. – М.: Высшая школа, 1990. – 296 с.
- Марочник сталей и сплавов/ В. Г. Сорокин, А.В. Волоснякова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В. Г. Сорокина, - М,: Машиностроение, 1989. - 640 с.
- Таранцева К.Р. Выбор конструкционных материалов: Методические указания к контрольным и курсовым работам по дисциплине "Материаловедение" 2-е изд. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. акад., 2006. - 119 с.
- http://metallicheckiy-portal.
ru/marki_metallov/search/

- Выбор кредитора предприятием ООО «Альянс»
- Выбор криптопротокола для политики безопасности
- Выбор логистических посредников
- Выбор лучшей альтернативы, методом экспертных оценок
- Выбор льняных тканей для пляжного комплекта (шорты и рубашка) для молодых мужчин
- Выбор магнитопровода
- Выбор маркетинговой стратегии в зависимости от размеров фирмы
- Выбор конкурентной стратегии для АО «Конфеты Караганды»
- Выбор конкурентной стратегии организации
- Выбор конкурентной стратегии организации на целевом рынке
- Выбор конкурентной стратегии фирмы
- Выбор консалтинговой программы на предприятии
- Выбор конструкционного материала и способа защиты для изготовления и хранения раствора:
- Выбор конструкционного материала и технология его упрочнения для деталей и узлов машин и аппаратов