Дать классификацию стали: по диаграмме «железо-цементит», по химическому составу, по качеству, по применению

1. Сталь 40ХН
1.1 Дать классификацию стали: по диаграмме «железо-цементит», по химическому составу, по качеству, по применению

Сталь 40ХН – конструкционная низколегированная среднеуглеродистая сталь. По химическому составу является хромоникелевой сталью. Сталь является качественной. Применяется в качестве нагруженных деталей, подвергающихся вибрационным и динамическим нагрузкам с повышенной прочностью и вязкостью.

1.2 По справочнику указать химический состав и основные механические свойства

Таблица 1 – Химический состав стали 40ХН, %
C Si Mn
Ni S P Cr Cu Fe
0,36-0,44 0,17-0,37 0,5-0,8 1-1,4 до 0,035 до 0,035 0,45-0,75 до 0,3 ~96

Таблица 2 – Механические свойства стали 40ХН
σ0,2, МПа σB, МПа δ, % ψ, % KCU, Дж/см2 HB
760-1220 910-1370 10-20 41-60 32-83 241-387

1.3 Указать фазовый и структурный состав стали при комнатной температуре

Микроструктура стали 40ХН в отожженном состоянии при комнатной температуре представляет собой феррит и перлит; в закаленном состоянии – мартенсит.

1.4-1.5 На диаграмме состояния «Fe-Fe3C» нанести линию сплава, соответствующей заданной стали; отметить критические точки. Описать превращения, происходящие в заданной стали при охлаждении согласно диаграмме состояния «Fe-Fe3C». Построить кривую охлаждения стали с указанием структурных составляющих и превращений.

Рисунок 1 – Диаграмма состояния Fe-Fe3C

До точки 1 сплав находится в жидком состоянии. В точке 1 начинается кристаллизация, то есть из него начинают выделяться кристаллы δ-твердого раствора (феррита). В процессе кристаллизации концентрация жидкости изменяется по линии АВ (часть линии ликвидус), а концентрация твердой фазы – по линии АН (линия солидус). При достижении точки 2 (перитектической горизонтали HJB) формируется аустенитная структура с избытком жидкой фазы, то есть перитектическое превращение заканчивается исчерпанием δ-фазы (феррита), где Ж+Ф→Ж+А.
При дальнейшем охлаждении в интервале температур 2-3 оставшаяся жидкость кристаллизуется в аустенит (γ-фазу). Концентрация жидкости изменияется по кривой АВ (линии ликвидус), а концентрация аустенита по кривой J3 (линии солидус).
В интервале температур 3-4 сплав охлаждается и никаких превращений не претерпевает. В точке 4 из аустенита начинает выделяться α- феррит и данный процесс продолжается до точки 5. При температуре 727 оС (точка 5) происходит эвтектоидное превращение, при котором аустенит распадается на перлит – механическую смесь феррита и цементита (А0,8→П(Ф+Ц)). В результате при комнатной температуре сплав имеет структуру перлита и избыточного феррита.
Сплав железа с углеродом, содержащий 0,5 % С, называется доэвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре – Феррит + Перлит.
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 – Ф,
где  С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся в равновесии.

1.6 Область применения стали

Сталь 40ХН применяется для изготовления осей, валов, шатунов, зубчатых колес, валов экскаваторов, муфт, валов-шестерней, шпинделей, болтов, рычагов, штоков, цилиндров и других ответственных нагруженных деталей, подвергающихся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Также применяются в качестве валков рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металлов.

2. Деформируемые сплавы на основе магния. Примеры. Их химический состав, структура, свойства, область применения.

Деформируемые магниевые сплавы  предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МА5.
Из деформируемых сплавов наиболее широко в промышленности и на транспорте применяются сплавы Mg–Al–Zn–Mn, Mg–Zn–Zr и Mg–Mn.
Сплавы Mg–Al–Zn–Mn  содержат 3…9,2 % Al, 0,2…1,5 % Zn и 0,15…0,7 % Mn. Алюминий и цинк имеют хорошую растворимость в магнии, чем обеспечивают большой эффект упрочнения.
При понижении температуры растворимость уменьшается, что дает возможность упрочнения сплавов закалкой и старением за счет выделения фаз Mg4Al3 и Mg3Zn3Al2.
Сплавы систем Mg–Al–Zn–Mn склонны к коррозии под напряжением тем сильнее, чем больше содержат алюминия. Цинк не влияет на коррозионную стойкость магниевых сплавов, а марганец ее повышает. В то же время марганец оказывает благоприятное влияние, взаимодействуя с вредными примесями, в частности с железом.
Вторая группа сплавов (систем Mg–Zn–Zr) отличается высокими механическими свойствами, обусловленными упрочняющим действием Zn и модифицирующим действием циркония. При введении циркония образуются тугоплавкие соединения Zr2Fe3 и ZrFe, которые оседают на дно расплава, очищая его от вредной примеси – железа. Кроме того, цирконий, связывая водород, препятствует развитию пористости. Оставшийся в растворе цирконий обеспечивает увеличение центров кристаллизации.
Цирконий повышает прочность, пластичность и коррозионную стойкость магниевых сплавов. Однако его введение связано со значительными трудностями из-за малой растворимости.
Сплавы систем Mg–Zn–Zr дополнительно легируются кадмием и редкоземельными элементами, что повышает пластичность и их прочностные свойства, особенно при повышенных температурах.
Сплавы, в которых основным легирующим элементом является марганец (систем Mg–Mn), отличаются повышенной коррозионной стойкостью и свариваемостью. Повышение коррозионной стойкости обеспечивается образованием соединения марганца с железом, которые, имея большую плотность, оседают на дно тигля и очищают расплав от железа.
Для улучшения свойств сплавов Mg–Mn дополнительно вводится церий, который, за счет образования соединения Mg9Ce, существенно измельчает зерно. Такие сплавы отличаются высокой технологической пластичностью и коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью. Термической обработкой сплав не упрочняется и полуфабрикаты поставляются в основном в отожженном состоянии.
Кроме отмеченных групп, в промышленности используются магниевые сплавы, в которых главными легирующими элементами являются редкоземельные металлы (МА11, МА12). В этих сплавах основным легирующим элементом является неодим, обеспечивающий высокую жаропрочность.

Сплав МА2-1 – панели, штамповки сложной конфигурации для сварных конструкций; предельная рабочая температура: 150°C -длительная, 200°C –кратковременная.
Таблица 3 – Химический состав сплава МА2-1, %
Mn
Al Mg Zn
0,2-0,6 3,8-5 92,9-95,4 0,6-1,5

Таблица 4 – Механические свойства сплава МА2-1
σв, МПа σт, МПа δ KCU, кДж/м2
270-310 160-230 8-12 70

МА2 –  кованые и штампованые детали сложной конфигурации для сварных конструкций; предельная рабочая температура: 150°C -длительная, 200°C –кратковременная

Таблица 5 – Химический состав сплава МА2, %
Fe Si Mn
Ni Al Cu Be Mg Zn
до 0,05 до 0,1 0,15-0,5 до 0,05 3-4 до 0,05 до 0,02 94,4-97,65 0,2-0,8

Таблица 6 – Механические свойства сплава МА2
σв, МПа σт, МПа δ KCU, кДж/м2
260-280 160-180 5-15 120

МА15 – для деталей сварных конструкций, требующих повышенного предела текучести при сжатии; предельная рабочая температура: 150 °C -длительная, 200 °C –кратковременная

Таблица 7 – Химический состав сплава МА15, %
Zn Cd
La Mg Zr
2,5-3,5 1,2-2 0,7-1 92,6-95,15 0,45-0,9

Таблица 8 – Механические свойства сплава МА2
σв, МПа σт, МПа δ KCU, кДж/м2
300-320 250-260 5-14 100

МА19 –  для деталей сварных конструкций, требующих повышенного предела прочности; предельная рабочая температура: 150 °C – длительная, 200 °C – кратковременная

Таблица 9 – Химический состав сплава МА15, %
Zn Nd
Mg Zr
5,5-7 1,4-2 90,1-92,6 0,5-0,9

Таблица 10 – Механические свойства сплава МА2
σв, МПа σт, МПа δ KCU, кДж/м2
380-400 330-360 5-8 50

3. Фторопласты. Их состав, структура, свойства, область применения

Группу фторсодержащих полимеров получаемых путем полимеризации тетрафторэтилена принято называтьфторопласт. Этот полимер обладает просто уникальными качествами. 
Фторопласт обладает исключительными свойствами, так по химической стойкости он превосходит платину, золото и все синтетические материалы. Фторопласт не взаимодействует с сильными окислителями и восстановителями, кислотами и щелочами, органическими растворителями (исключение полифторированные углеводороды при повышенной температуре). Реагирует лишь с расплавами щелочных металлов, их растворами в жидком аммиаке, с газообразным фтором и с трёхфтористым хлором при высокой температуре.
Температурный диапазон длительного использования изделий из фторопласта лежит в диапазоне от -200 до +250 °C. Температура использования сильно зависит от функции выполняемой изделием из фторопласта и продолжительности воздействия высокой температуры, так как температура плавления политетрафторэтилена 327 °C, при которой полимер не переходит в вязко-текучее состояние, а разлагается он при 415 °C.
Кроме уже перечисленных достоинств, фторопласт обладает очень маленьким коэффициентом трения, биологической совместимостью позволяющей использовать его в протезировании, и он отлично поддается сверлению, обработке ножом, фрезерованию, пилению и т.д.

Таблица 11 – Свойства фторопласта
Плотность, г/см3 2,14-2,26
Температура плавления, °C 327
Рабочий интервал температуры, °C от -269 до +260
Водопоглощение за 24 часа, % 0,0
Коэффициент теплопроводности, Вт/м.град. 0,25
Разрушающие напряжение при растяжении, МПа 20-30
Относительное удлинение при разрыве, % 350
Твердость по Бринеллю (при вдавливание шарика), МПа 30-40
Коэффициент трения по стали 0,2

Особые свойства фторопласта, их уникальное сочетание обуславливает сферы его применения и использования. К этим свойствам относится: стойкость к атмосферным и химическим воздействиям, замечательные антифрикционные и уплотнительные свойства, отличные анти адгезионные и превосходные диэлектрические и электрические свойства, высокая термостойкость и абсолютная инертность к пищевым и биологическим средам.
Фторсодержащие полимеры благодаря своим уникальным свойствам стали незаменимыми для электротехнической, химической, радиоэлектронной промышленности, машиностроения, производства кабельной продукции и проводов, авиастроении и приборостроении, автомобилестроении, энергетической и атомной промышленности. В производстве, применение фторопласта, модифицированного различными наполнителями, наиболее часто наблюдается в изготовлении:
узлов трения, выполняющих роль подшипников скольжения;
уплотнительных систем в виде уплотнительных колец, манжет, как прокладки из фторопласта, для механических и гидравлических устройств, а также плунжерных и поршневых компрессоров;
направляющих конструкций для перерабатывающего пищевые продукты оборудования, для загрузочных автоматов и сборочных конвейеров;
опор скольжения в конструкциях железнодорожных и автомобильных мостов;
направляющих для тросов строительных и промышленных механизмов;
 различных систем управления, систем реверсивных устройств, систем нейтрализации газа и жидкостей;
протезов кровеносных и сердечных сосудов, емкостей для хранения крови и других изделий в медицинской отрасли.
Детали и изделия из фторопласта, а также композиций на его основе, широко применяются в химической аппаратуре в виде: емкостей, диафрагм, мембран, клапанов, трубопроводов, уплотнительных устройств и прокладок, колонн, лент для транспортеров.
Чрезвычайно высокая стойкость к химическому воздействию, позволяет фторопластовым изделиям длительно противостоять воздействию солнечной радиации, морского тумана, плесневых грибков.
Нейтральность по отношению к органическим и неорганическим реагентам настолько высока, что даже, не имеется методов, для испытания на стойкость в таких средах. Высокая стойкость к радиации, позволяет применять фторопласт, для изолирования проводов оборудования атомных электростанций.
Провода во фторопластовой изоляции, можно применять как нагреватели, непосредственно работающие в растворах щелочей и кислот. Им не страшны протекания керосина, масла, гидравлических жидкостей, повышенные температуры, поэтому нашли широкое применение в качестве бортовых кабелей самолетов. Неоспоримо их преимущество при эксплуатации в условиях разреженной атмосферы, где теплоотводящие возможности уменьшены.

user315133 4.0

35 л., образование высшее психологическое; ученая степень: кандидат философских наук; проф. переподготовка по программам "Политический менеджмент", "Клиническая логопедия", член-корр. МАНПО, член РФО. Автор более 95 научных публикаций.

Нанять автора

Готовые работы на продажу

Так же вы можете купить уже выполненные похожие работы. Для удобства покупки работы размещены на независимой бирже. Нажимая "Купить" вы будете перенаправлены на страницу карточки работы.

Гарантия на работу 10 дней.

Шестерня была изготовлена из стали марки 20 подвергнута цементации, закалке к отпуску. Расшифруете марку стали и ее химический состав. Обоснуйте по

100₽

• Решение задач
• Материаловедение
• Выполнил: vityshka

Купить

Классификация и маркировка легированных сталей. Основные принципы выбора рациональной марки. Применение.

50₽

• Ответы на вопросы
• Материаловедение
• Выполнил: yuridol83

Купить