Материаловедение и технология металлов, вар. 10 - Контрольная работа

Содержание

Вариант 10

Разработайте технологический процесс изготовления станины токарного станка легкой серии.

Получение чугуна

Исходные материалы для получения чугуна

Подготовка руд к доменной плавке

Общие сведения о конструкции доменной печи

Сущность доменной плавки

Этапы доменного процесса

Процесс литейного производства

Задача 1

Цех изготавливает зубчатые колеса диаметром 50 мм из цементуемой стали. Выберите сталь для двух зубчатых колес, работающих в условиях износа и удара при повышенных напряжениях.

Укажите химический состав выбранных сталей, рекомендуйте режим термической обработки, объясните назначение каждой операции термической обработки и ее влияние на структуру и свойства стали. Рекомендуйте толщину цементованого слоя для данной детали

Задача 2

Пресс-форма для литья алюминиевых сплавов под давлением содержит около 0,4 % С; 0,3 % Мо; 1 % Si; 2,5 % W и 1 % V. Запишите марку стали, назовите режим ее термической обработки, структуру и свойства. Рекомендуйте режим упрочняющей ХТО, повышающей в 1,5.2 раза эксплуатационную стойкость пресс-формы.

Задача 3

Котлы многих тепловых электростанций работают при давлении пара 50 МПа и температуре 600 °С. В этом случае для котлов нужны стали с высоким сопротивлением ползучести. Укажите марку, химический состав и структуру стали, пригодной для работы в указанных условиях. Сравните характеристики выбранной стали со свойствами другой стали, обычно применяемой для котлов, работающих при 300.400 °С.

Введение (выдержка)

По массе токарные станки делятся на легкие - до 500 кг (D = 100 - 200 мм), средние - до 4 т (D = 250 - 500 мм), крупные - до 15 т (D = 630 - 1250 мм) и тяжелые - до 400 т (D = 1600 - 4000 мм). Легкие токарные станки применяются в инструментальном производстве, приборостроении, часовой промышленности, в экспериментальных и опытных цехах предприятий. Эти станки выпускаются как с механической подачей, так и без нее.

Станина токарного станка изготавливается из чугуна.

Основная часть (выдержка)

Подготовленные к плавке железную руду, топливо и флюсы (шихту) загружают в доменную печь. Доменные печи являются крупнейшими вертикальными шахтными печами, имеющими высоту до 35 м и производящими в сутки до 10-12 тыс. т чугуна. Основные части доменной печи: колошник, шахта, распар, заплечики, горн и лещадь (рис. 1).

Печи изнутри выкладывают огнеупорными материалами. Лещадь и горн углеродистыми блоками; заплечики, распар, шахту, колошник- шамотным кирпичом. Огнеупорные материалы выдерживают высокие температуры, не разрушаясь в течение длительного времени. Огнеупорными материалами выкладывают также разливочные ковши, топки, устройства по которым транспортируется жидкий металл.

Через колошниковый затвор в доменную печь загружают шихту (исходные материалы).Шахта печи имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу, что способствует свободному опусканию шихты по мере плавления.

Сущность доменной плавки

Заключается в раздельной загрузке в колошник рудных материалов, кокса, и флюсов; нагреву шихты за счет горения кокса и постепенному спусканию ее вниз навстречу горячим газам, в результате чего в горне образуется чугун и шлак. Протекающие при этом физико-химические процессы очень сложны и многообразны. На уровне распара и заплечиков образуется губчатое железо, которое затем науглероживается, плавится и стекает в горн. В горне на лещади накапливается жидкий чугун. Плотность чугуна выше плотности шлака, поэтому шлак находится на поверхности чугуна. Накопившийся чугун и шлак периодически выпускают через летку.

Через фурмы подается воздух, обогащенный кислородом, предварительно нагретый в воздухонагревателях. На колошнике имеется газоотвод для удаления образующегося колошникового газа.

Заключение (выдержка)

Все легирующие элементы, кроме марганца, способствуют измельчению зерна. Величина зерна стали также влияет на сопротивление ползучести и предел длительной прочности. Как правило, при температурах не выше 350° С стали с мелкозернистой структурой имеют лучший комплекс механических свойств, чем крупнозернистая сталь того же химического состава. При высокой температуре крупнозернистая сталь лучше сопротивляется ползучести и имеет более высокий предел длительной прочности. Причем у каждой стали при данной температуре существует свой оптимальный размер зерна.

При более высоких параметрах пара следует применять аустенитные стали. Они немагнитны, обладают низкой теплопроводимостью по сравнению с углеродистыми, имеют большой коэффициент линейного расширения. Это нужно учитывать при сопряжении деталей из сталей перлитного и аустенитного классов. К аустенитному классу относится сталь 12Х18Н9Т. Сталь содержит 0,12%С, 18%Сr, 9%Ni,1%Ti, остальное железо и постоянные примеси.

Сталь 12Х18Н9Т подвергают закалке в воде при температуре 1050°С, затем подвергают отпуску в масле при температуре 750°С.

Аустенитная сталь 12Х18Н9Т применяется при изготовлении пароперегревателей и паропроводов. Недостаток сталей аустенитного класса — образование трещин в зоне термического влияния сварных швов паропроводов. Несмотря на что проведены многочисленные исследования по выяснению причин и устранению трещинообразования, в этом деле пока успех достигнуть не удалось. Дальнейшее повышение параметров пара экономичности тепловых электростанций требует применения аустенитных сталей.

Легированные стали требуют более точного соблюдения технологии и режима термической обработки и дороже обычных углеродистых сталей.

Чем выше легирована сталь, тем тщательнее нужно выдерживать технологические режимы выплавки, разливки обработки давлением, а также термической обработки.

Литература

1. Фетисов Г.П. и др. Материаловедение и технология металлов. учебник. – М.: Высшая школа, 2001. 635 с.

2. Пейсахов и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – С-Пб.: Издательство Михайлова В.А., 2005. - 410 с.

3. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. – под

редакцией В.С. Чередниченко. – М.: Идел-Пресс, 2006. - 752 с

4. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: Учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1998-758с.

5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учеб. для вузов. 3-е

изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1990. – 527 с.