Для преобразования пластинчатой структуры в зернистую проводят отжиг на зернистый перлит. Режим такого отжига следующий: нагрев стали на 10…30°С выше точки А_с1 с последующим медленным 20…50°С/ч охлаждением до 650°С. Медленное охлаждение обеспечивает сфероидизацию образующегося цементита. Таким образом, предварительная термическая обработка инструмента из стали У9 – отжиг при температуре 740…760°С, выдержка 1…2 часа и последующее охлаждение на воздухе. Твердость после отжига HB 187…217. Микроструктура – зернистый перлит + карбиды.

Выполнение предварительной термической обработки уменьшает чувствительность к образованию трещин при окончательной закалке, повышает прочность в закаленном состоянии на 40%, после отпуска на 18…20 %, а ударную вязкость на 25 % в закаленном и на20 % в отпущенном состоянии.

Для заданной стали оптимальной заключительной термообработкой являются закалка и отпуск. Для сплава У13 производится неполная закалка, которая достигается нагревом стали на 30…50°С выше критической точки А_с1 и быстром охлаждении в воде. Температура закалки равна 760…780°С.

Время нагрева инструмента, изготовленного из стали У13, принимаем равным 50 с на 1 мм условного диаметра изделия. Время выдержки будет складываться из времени, необходимого для совершения всех необходимых структурных изменений. Время выдержки при температуре закалки ориентировочно принимаем в пределах 1,0…1,5 мин на 1 мм сечения детали.

После охлаждения в структуре остается вторичный цементит, который повышает твердость и износостойкость деталей, изготовленных из стали. Структура стали после закалки – мартенсит, остаточный аустенит и цементит. Твердость составляет HRC 62…65.

Мартенсит закалки – неравновесная (метастабильная) структура, сохраняющаяся ввиду малой подвижности атомов при низких температурах. При закалке в изделиях всегда возникают большие внутренние напряжения в результате объемных изменений. Для получения более равновесного состояния после закалки изделия подвергают отпуску.

Отпуск – термическая операция, состоящая в нагреве закаленного материала ниже температуры превращения для получения более устойчивого структурного состояния сплава. Проводим низкотемпературный отпуск при температуре 180…200°С с последующим охлаждением на воздухе. При таких температурах происходит частичное обезуглероживание мартенсита и выделение из него некоторого количества избыточного углерода в виде частиц карбида железа. Образующаяся структура, состоящая из частичного обезуглероженного мартенсита и карбидов, называется отпущенным мартенситом. Выход некоторого количества углерода из решетки мартенсита способствует уменьшению ее искажения и снижению внутренних напряжений. При таком отпуске несколько повышается прочность и вязкость без заметного снижения твердости. В целом изменение свойств при низком отпуске незначительно. Твердость составляет HRC 58…60.

---

3. Легированные стали

Для изготовления некоторых деталей выбрана легированная сталь марки 38Х2МЮА. Расшифруйте состав, определите группу стали по назначению, назовите детали, изготавливаемые из этой стали.

Сталь 38Х2МЮА – конструкционная легированная высококачественная сталь, содержит 0,38% углерода, 2% хрома, 1% молибдена, 1% алюминия. Использование в промышленности стали 38Х2МЮА: азотируемые детали: шестерни, валики, пальцы, втулки и т.д., работающие при температурах до 450°С.

Азотирование стали – химико-термическая обработка поверхностным насыщением стали азотом. Целью азотирования является создание поверхностного слоя с высокой твердостью, износостойкостью, повышенной усталостной прочностью и сопротивлением коррозии.

Процесс азотирования состоит в выдержке в течение довольно длительного времени (до 60 часов) деталей в атмосфере аммиака при 500…600°С. При более высокой температуре образуются более крупные нитриды и твердость уменьшается. Азотированные стали сохраняют высокую твердость до сравнительно высоких температур (500...520°С). Азотированные изделия не коробятся при охлаждении.

Азотированию обычно подвергают готовые изделия, прошедшие механическую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском). После такой термической обработки металл приобретает структуру сорбита (разновидность перлита), имеющую высокую прочность и вязкость. Эта структура сохраняется в сердцевине детали и после азотирования. Высокая прочность металлической основы необходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливался при работе детали. Высокая твердость после азотирования достигается сразу и не требует последующей термической обработки. Это важное преимущество процесса азотирования.

Глубина азотированного слоя составляет 0,25...0,45мм (в отдельных случаях до 0,8 мм). Твердость поверхности 850…1050 HV, сердцевины 270…300 НВ. Механические свойства в сердцевине готового изделия:

• 
  предел упругости σ_0,2 – 650 МПа;
  
• 
  предел прочности σ_в – 800МПа;
  
• 
  относительное удлинение δ – 17%;
  
• 
  относительно сужение  – 64%
  
• 
  ударная вязкость KCU = 157 Дж/см².
  

4. Сплавы цветных металлов

Для изготовления деталей машин и приборов выбран сплав цветного металла БрБ2,5. Расшифруйте состав, укажите, к какой группе относится сплав, приведите примеры деталей из него. Назовите термообработку, возможности упрочнения, режим, структуру и свойства сплава.

---

Бронза БрБ2,5 – бронза безоловянная, обрабатываемая давлением, содержит 2,5% бериллия, основа – медь. Применение: для пружин и упругих элементов; высокая прочность и износостойкость, хорошие антифрикционные свойства, очень хорошая деформируемость в закаленном состоянии.

Бронза БрБ2,5 относится к сплавам, упрочняемым термической обработкой. Наиболее высокой пластичностью, прочностью и твердостью бериллиевая бронза обладает после термической обработки, состоящей из закалки с 760…780°С в воде и искусственного старения при 320°С в течение 3…4 ч. Температура нагрева под закалку должна обеспечивать возможно бoлee полное растворение избыточных фаз в матричной фазе. Несмотря на то, что процессы растворения избыточных фаз значительно ускоряются с повышением температуры, нагрев в непосредственной близости к линии солидуса нерационален, поскольку возникает опасность пережога.

При нагреве бронзы до температуры 760…780°С образуется однородный твердый раствор, который сохраняется в результате быстрого охлаждения. Критическая скорость охлаждения бронзы составляет 30…60°С/с. Слишком медленное охлаждение при температурах ниже 580°С приводит к образованию по межзеренным границам сетки γ'-фазы. Замедленное охлаждение между 580 и 260°С обусловливает преждевременное выделение из твердого раствора фазы-упрочнителя и, следовательно, приводит к уменьшению способности к последующему старению. При старении из пересыщенного твердого раствора выделяются дисперсные частицы γ-фазы (CuBe), что сильно увеличивает прочность бронзы.

По уровню твердости и упругости бериллиевую бронзу можно сравнить со специальными сталями. Термическая обработка повышает, кроме прочности, пружинящие свойства, а также сохраняет электрическую и тепловую проводимость. Бронза обладает хорошими механическими и антифрикционными свойствами. Малая склонность к хладноломкости позволяет ей работать в большом диапазоне температур. В таблице 1 приведены механические свойства бронзы.

Таблица 1

Механические свойства бронзы БрБ2,5

Тип сплава	Предел прочности, МПа	Твердость НВ 10-1, МПа
Сплав мягкий	580	25
Сплав твердый	1350	1…2

---

5. Неметаллические материалы

Выбран неметаллический материал – стекло. Укажите состав и свойства, назначение материала, назовите изготавливаемые из него детали. Опишите строение, применяемую обработку, рабочие характеристики материала, предъявляемые к нему требования, границы применяемости.

Стекло – материал, получаемый при остывании неметаллического расплава. Это твердый, хрупкий, прозрачный материал, который изготовляют из чистого кварцевого песка (кремнезема), соды (сульфата натрия) и известняка. После тщательной очистки, просушки и смешивания в определенных соотношениях в соответствии с заданным химическим составом компоненты варят в стекловаренных печах при температуре 1400…1600°С для получения однородной жидкой стекломассы.

Для придания стеклу различных свойств и цвета в составы вводят оксиды алюминия, бора, фосфора, натрия, калия, магния, кальция, бария, свинца и цинка. Стекло, содержащее только кремнезем и не более 1% примесей, называют кварцевым. От наличия в стекле тех или иных примесей зависят его свойства, качество и цвет.

Стекла характеризуются аморфной структурой, образующейся в результате быстрого увеличения вязкости расплава при его охлаждении, в условиях, неблагоприятных для процесса кристаллизации. Строение стекла представляется в виде каркаса из беспорядочно расположенных атомов или ионов.

Благодаря своей структуре стекло обладает рядом специфических свойств. Наряду с высокими оптическими свойствами, химической стойкостью, прочностью при сжатии, относительно малой теплопроводностью стекло имеет и некоторые недостатки: анизотропность свойств, хрупкость, невысокое сопротивление изгибающим и ударным воздействиям, чувствительность к резким изменениям температуры.

Плотность стекла 2500 кг/м³, пористость у стеклянных материалов (за исключением теплоизоляционных и звукопоглощающих) отсутствует, теплопроводность, в зависимости от состава стекла, находится в пределах 0,5…1 Вт/м·°С, предел прочности при сжатии достигает 1000 МПа, предел прочности при изгибе и растяжении меньше в 6…10 раз.

Термическое упрочнение (закалка) стекла осуществляется быстрым и равномерным его охлаждением, нагретого выше температуры стеклования в потоке воздуха или в маслах. Упрочнение стекла закалкой связано с появлением в стекле достаточно равномерно распределенных напряжений, которые в наружных слоях стекла вызывают напряжения сжатия, а во внутренних слоях - напряжения растяжения. Предел прочности стекла при сжатии примерно в 10…15 раз больше, чем предел прочности при растяжении.

---

Термохимическое упрочнение основано на закалке стекла и, кроме того, на изменении самой структуры и свойств его поверхностного слоя. Такое упрочнение производится быстрым охлаждением стекла, нагретого выше температуры стеклования, в подогретых полимерных кремнийорганических жидкостях. Дополнительное упрочнение объясняется образованием на поверхности стекла полимерных пленок.

По назначению стеклоизделия разделяют на бытовые, технические, промышленные, архитектурно-строительные и специальные.

Ассортимент бытового стекла (посуды) (рисунок 3) широк и многообразен. Изделия отличаются назначением, формой, вместимостью, размерами, массой, способами декорирования и видом декора, цветом стекла и другими особенностями.

Строительным стеклом называют изделия из стекла, применяемые для остекления световых проемов, устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок, облицовки и отделки стен, лестниц и др. К этой же категории относят тепло- и звукоизоляционные материалы (пеностекло и стекловата), а также стеклянные трубы.

Листовое оконное стекло (рисунок 4) изготавливается в виде плоских листов, толщина которых мала по отношению к длине и ширине. Качественные листы оконного стекла прозрачны и бесцветны. Листовое стекло является базовым продуктом стекольной промышленности.

Фотостекло – листовое бесцветное стекло для изготовления фотопластинок. Толщина выпускаемого стекла 0,8...2,0 мм.

Полированное стекло. Прозрачное стекло, обе поверхности которого отшлифованы и отполированы для придания им плоскостности и параллельности, с целью обеспечения четкого неискаженного изображения, востребовано в производстве светопрозрачных конструкций (окон, витрин, в производстве зеркал). Из полированного закаленного стекла толщиной 10…20 мм изготовляют стеклянные полотна для дверей.

---

Смотрите также файлы

• Бланк выполнения задания 1 Заполните таблицу.docx

• Напомню, что такое гипотезы.docx

• Семинарское занятие 1 1 вопрос Особенности проведения реформ в России в первой половине xix в. Бюрократы реформаторы.docx

• 2. Какие проблемы труднее познавать, мнению Аристотеля наиболее общие или частные.docx

• Мой любимый предмет.doc