1) Начертите диаграмму состояния железо-цементит укажите структуры во всех областях и опишите превращения

1) Начертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структуры во всех областях и опишите превращения, протекающие в стали, содержащей 1% углерода, при медленном охлаждение от 1600 до 20°С.

Рисунок 1. Диаграмма состояния «железо-цементит» и линия заданного сплава

Для заданного состава проводим линию сплава. Отмечаем каждое пересечение линии сплава с линиями диаграммы (рисунок 1). До точки 1 существует только жидкий раствор. В точке 1 начинается кристаллизация аустенита:
Ж→Ж+А
В точке 2 кристаллизация аустенита заканчивается:
Ж+А→А
Между точками 2-3 существует только аустенит. В точке 3 происходит выделение из аустенита вторичного цементита, вследствие уменьшения растворимости углерода в решетке γ-железа:
А→А+ЦII
В точке 4 (температура 727°С) происходит эвтектоидное превращение, в результате которого из аустенита выделяются феррит (0,02 % углерода) и цементит. Такая смесь называется перлит. Эвтектоидное превращение идет при постоянной температуре:
А+Ц→Ф+ЦII
При дальнейшем охлаждении от точки 4 до комнатной температуры сплав представлен ферритом и цементитом (феррит и перлит). Микроструктура сплава при комнатной температуре представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Микроструктура заданного сплава при комнатной температуре

2) Выберите и обоснуйте марки сплавов для:
а) центра задней бабки токарного станка,
б) штампа для горячей штамповки,
в) пружинящего контакта.
Задняя бабка необходима для установки конца длинных заготовок в процессе обработки, а также для закрепления и подачи стержневых инструментов (сверл, зенкеров, разверток). Центр задней бабки неподвижен. Заготовка, опираясь на рабочую поверхность центра задней бабки, вращается, и поэтому под действием выделяющейся от работы трения теплоты происходит нагрев центра. От нагрева задний центр преждевременно изнашивается. Стали должны отличаться высокой твердостью, прочностью и износостойкостью, а в некоторых случаях должны удовлетворять и ряду дополнительных требований, в частности быть стойкими против коррозии, сохранять неизменными размеры и форму инструмента в течение длительного времени, обладать способностью противостоять значительным динамическим нагрузкам. Поэтому задние центры необходимо изготавливать из быстрорежущей стали, не уменьшающей своей твердости при повышенных температурах. Такими марками сталей могут быть Р18, Р12, Р9.
Материал для горячих штампов должен удовлетворять комплексу требований. К ним в первую очередь относятся высокая прочность (не менее 1000 МПа), необходимая для сохранения формы штампа при высоких удельных давлениях во время деформирования, и высокая теплостойкость, позволяющая сохранить высокие твердость и прочностные свойства при длительном температурном воздействии. В рабочих условиях штамп должен деформировать заготовку, а не наоборот. Стали должны иметь достаточную вязкость для предупреждения поломок при ударных нагрузках. Они должны обладать высоким сопротивлением термической усталости, сохраняя способность выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования сетки трещин. Стали для изготовления штампов горячей штамповки должны иметь хорошую окалиностойкость и высокую прокаливаемость для обеспечения необходимых механических свойств по всему сечению, что особенно важно для массивных штампов.
Таким образом, для штампов горячего штампования рекомендуется применять легированные стали, содержащие 0,3…0,6 % углерода, подвергаемые закалке и отпуску при 550…680°С.
Например, для молотовых штампов применяют сталь 5ХНМ, 4ХМФС, 5Х2СФ. Для изготовления крупногабаритных прессовых и молотовых штампов применяют сталь 5Х2НМФС. Для пресс-форм литья под давлением и прессования цветных металлов и сплавов используют сталь 3Х2В8Ф или 3Х2М2Ф. Для изготовления крупного прессового инструмента применяют стали 3ХВ4СФ и 4ХСН2МВФ.
Материалы для изготовления пружинящих контактов должны сохранять высокие упругие свойства в процессе работы, быть надежными и долговечными. Для данного изделия возможно использование бронзы БрОЦ4-3, которая применяется для изготовления пружинящих деталей в электротехнике и машиностроении благодаря высокому модулю упругости и высокому пределу текучести.
БрОЦ4-3 – это сплав оловянной бронзы с цинком, обрабатываемый давлением. Изделия из него имеют высокие показатели упругости и предела текучести среди аналогичных бронз, но низким пределом прочности и твёрдостью. Теплопроводность и электропроводность этого материала находятся в пределах средних значений для бронз и уступают чистой меди. Для изготовления нетоковедущих элементов контактных устройств возможно использование пружинных сплавов на основе железа марок 36НХТЮ или 40КНХМВ.

3) Выберите и обоснуйте способ литья для получения бронзовой втулки. Кратко опишите этот способ.
Одним из наиболее распространенных способов получения бронзовых втулок является центробежное литье. Центробежное литьё – изготовление отливок в формах, при котором расплавленный металл подвергается действию центробежных сил. Заливаемый металл отбрасывается к стенкам формы и, затвердевая, образует отливку.
Центробежное литье осуществляется на специальных машинах. Расплав, заливаемый во вращающуюся форму, центробежными силами плотно прижимается к внутренним: стенкам формы и воспринимает ее конфигурацию. Формы могут вращаться вокруг горизонтальной, вертикальной и наклонной осей. Наиболее распространены машины с горизонтальной осью вращения. Методом центробежного литья, как правило, получают отливки, представляющие собой тела вращения (втулки, трубы, диски).
Центробежные силы не только распределяют жидкий металл в форме, но и способствуют перемещению на внутреннюю поверхность отливки более легких, чем сплав, шлаковых и газовых включений. Отливка получается более чистой и плотной. Для получения втулок применяют машины с горизонтальной (рисунок 3-а) и вертикальной (рисунок 3-б) осями вращения.

а б
Рисунок 3. Машины центробежного литья:
а – с горизонтальной осью вращения; б – с вертикальной осью вращения

Определенная доза расплава из ковша заливается во вращающуюся форму через металлоприемник. Под действием центробежных сил металл отбрасывается к стенкам формы. Форма вращается до тех пор, пока расплав не затвердеет, затем отливку извлекают из формы. Перед каждой заливкой внутреннюю полость формы покрывают противопригарной краской или присыпкой.
Преимуществом центробежного литья является получение отливок без литниковых систем. Отливки имеют плотную, мелкозернистую структуру и повышенные механические свойства по сравнению с отливками, изготовленными литьем в песчаные формы.
Недостатком способа центробежного литья является необходимость больших припусков на механическую обработку наружных поверхностей 1,5-2,5 мм, внутренних поверхностей 2,5-3,5 мм.

4) Выберите и обоснуйте термическую обработку для шестерни из стали 38ХМЮФ.
Шестерни и зубчатые колеса наиболее часто выходят из строя из-за контактного усталостного разрушения, торцового износа, заедания зубьев и их поломки при кратковременных перегрузках. Поэтому материал для них должен обеспечивать высокую поверхностную износостойкость, достаточную статистическую усталостную прочность при изгибе. Для придания детали требуемых свойств производят химико-термическую обработку – азотирование.
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.
Технология процесса азотирования заключается в следующих последовательных операциях:
предварительная термическая обработка заготовки. Эта операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия. Отпуск проводят при высокой температуре 600-675°С, превышающей максимальную температуру последующего азотирования и обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать резанием. Структура стали после этого отпуска – сорбит;
механическая обработка деталей, а также шлифование, которое придает окончательные размеры детали;
защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением тонкого слоя (10-15 мкм) олова электролитическим методом или жидкого стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в виде тонкой не проницаемой для азота пленки;
азотирование;
окончательное шлифование или доводка изделия.
Азотирование сталей широко применяют в машиностроении для повышения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости ответственных деталей, например, зубчатых колес, валов, гильз цилиндров.

5) Выберите и обоснуйте способ получения ленты толщиной 1 мм из бронзы при мелкосерийном производстве. Кратко опишите сущность этого способа.
Для производства бронзовой ленты с толщиной 1 мм применяется только холодная прокатка, поскольку в горячем состоянии такие сплавы разрушаются. Прокатка – процесс пластического деформирования заготовки на прокатном стане между вращающимися приводными валками. Холодная прокатка – это процесс, во время которого уменьшается толщина заготовки при температурах ниже процесса горячей прокатки.

Рисунок 4. Схема прокатного стана
Способ продольной прокатки является наиболее распространенным. При продольной прокатке (рисунок 4) полоса подводится к валкам, вращающимся в разные стороны, и втягивается в зазор между ними за счет сил трения на контактной поверхности. Полоса обжимается по высоте и принимает форму зазора (калибра) между валками. При этом способе прокатки полоса перемещается только вперед, то есть совершает только поступательное движение. В зависимости от калибровки валков форма поперечного и продольного сечения проката может быть разной.

6) Выберите и обоснуйте способ сварки стальных изделий толщиной 300 мм. Опишите этот способ, укажите его достоинства.

Рисунок 1. Схема процесса электрошлаковой сварки
Для получения сворного соединения изделий заданной толщины возможно применение электрошлаковой сварки (рисунок 5). В процессе сварки основной и электродный металлы расплавляют теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через шлаковую ванну. Шлак представляет собой расплавленный, обладающий электропроводностью флюс. Процесс электрошлаковой сварки начинается с образования шлаковой ванны в пространстве между кромками основного металла и формирующими устройствами типа пластин, которые охлаждаются водой. Шлаковая ванна получается путем расплавления флюса электрической дугой, возбуждаемой между сварочной проволокой и вводной планкой.
После накопления определенного количества жидкого шлака дуга шунтируется шлаком и гаснет, а подача проволоки и подвод тока продолжаются. При прохождении тока через расплавленный шлак в нем выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлака (до 2000°С) и расплавления основного металла и электродной проволоки. За счет разницы в плотности электродный металл (плотность выше, чем у шлака) опускается на дно расплава, образуя металлическую ванну, а расплавленный флюс находится в верхней части расплава, образуя шлаковую ванну. Шлаковая ванна защищает жидкий металл от окисления воздухом.
Технологические особенности данного способа сварки позволяют сваривать детали толщиной от 30 до 3000 мм. Для сварки используют проволоку, плавящиеся мундштуки, пластинчатые электроды, ленточные электроды. В качестве источников питания применяют специальные сварочные трансформаторы с жесткой внешней характеристикой, напряжением 30…55 В и токами от 50 до 3000А.
Преимущества электрошлаковой сварки: возможность получения за один проход сварных соединений практически любой толщины (до 3000 мм); отсутствие подготовки специальной подготовки кромок свариваемых деталей; небольшой расход флюса в сравнении с обычной электродуговой сваркой; возможность применения электродов различной формы; высокая производительность процесса; сокращенный расход электроэнергии; надежная защита сварочной ванны от воздуха; возможность получения за один проход швов переменной толщины.

7) Кратко опишите сущность основных способов получения резиновых изделий.
Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками. Вулканизация – превращение каучука в резину, осуществляемое с участием так называемых вулканизирующих агентов и под действием ионизирующей радиации. Вулканизацию применяют для придания резине механической прочности, высокой эластичности и стойкости к растворителям.
Технология изготовления резиновых изделий состоит из следующих операций: смешение каучука с ингредиентами в смесителях или на вальцах, изготовление полуфабрикатов; получение предпрессов; резка и раскрой полуфабрикатов; сборка заготовок изделия сложной конструкции с применением специального сборочного оборудования; вулканизация изделий в аппаратах периодического (прессы, автоклавы) или непрерывного действия (тоннельные, барабанные вулканизаторы). При этом используется высокая пластичность резиновых смесей, благодаря которой им придают форму будущего изделия, закрепляемую в результате вулканизации. Широко применяют формование в вулканизационном прессе или литье под давлением (формование и вулканизацию изделий совмещают в водной опреации).
Резина как технический материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку – главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000%), которые почти полностью обратимы. При нормальной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии, и ее эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур.
Резиновые изделия находят самое широкое применение во всех отраслях промышленности. Основное применение резина находит в производстве шин. Кроме шин, в автомобиле насчитывается около 200 самых различных резиновых деталей: шланги, ремни, прокладки, втулки, муфты, буфера, мембраны, манжеты и т.д. Резина обладает высокими электроизоляционными свойствами, поэтому ее широко применяют для изоляции кабелей, проводов, магнето, защитных средств.

Перечень использованной литературы
Адаскин А.М. Материаловедение (металлообработка) / А.М. Адаскин – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 240 с.
Козлов Ю.С. Материаловедение / Ю.С. Козлов – М.: АГАР, 1999. – 182 с.
Лахтин Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.
Основы материаловедения / Под редакцией И.И. Сидорина – М.: Машиностроение, 1976. – 436 с.
Перебоева А.А. Технология термической обработки металлов. Курс лекций / А.А. Перебоева – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2007. – 143 с.
Черепахин А.А. Материаловедение / А.А. Черепахин, И.И. Колтунов, В.А. Кузнецов. – М.: КНОРУС, 2011. – 240 с.
Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. / Под ред. Г.А. Николаева и др. – М.: Машиностроение, 1979.
Технология конструкционных материалов / Под редакцией А.М. Дальского – М.: Машиностроение, 1990. – 352 с.

user688286 4.0

Основные сферы: социология, менеджмент, философия, политология и др. Опыт - 4 года. Уровень английского - Upper Intermediate, поэтому готов также брать переводческую работу или написание работ на иностранных языках.

Нанять автора