Расчетно-графическая задача по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Новосибирский Государственный Технический Университет 

 Кафедра

 «Автоматизированные электромеханические установки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая задача

По дисциплине

«Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

 

 

 

 

 

 

Выполнил 

 

Лектор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2011

 

 

Задание.

1.Многие детали гидросамолетов изготавливают из высокопрочной стали ( не менее 1200 МПа). По условиям эксплуатации эти детали должны быть, и кроме того, устойчивы против коррозии к морской воде. Выбрать марку стали, привести ее химический состав, а также структуру и механические свойства после закалки. Привести способ обработки выбранной стали для повышения предела прочности до 1200 МПа, указав, как изменяются при этом другие механические свойства стали. Описать общее назначение стали, способ маркировки, выбранные режимы термической обработки и их влияние на механические свойства и структуру стали, дать определение рассматриваемым механическим свойствам.

 

2. Выбрать и обосновать сплав для реостата, работающего при температурах до 500 °С. Указать необходимые виды термической обработки. Описать общее назначение сплава, способ маркировки, выбранные режимы термической обработки и их влияние на механические, электрические свойства и структуру сплава, дать определение рассматриваемым механическим и электрическим свойствам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. При введении в сталь 12 — 14% Сr ее электрохимический потенциал становится положительным, и она приобретает устойчивость против коррозии в атмосфере, морской (пресной) воде, ряде кислот, солей и щелочей. Более широко применяют хромистые стали 12X13, 20X13, 30X13 и 40X13 (ГОСТ 5632-72), содержащие 0,12-0,4% С и 12-14%-Сr, и низкоуглеродистые (< 0,12-0,15% С) стали 12X17 и 15X28 с 17 и 28% Сr. (ГОСТ 5632-72).

Особую группу представляют аустенитно-мартенситные коррозионно-стойкие стали. Эти стали обладают высокими механическими свойствами и хорошо свариваются.

Поэтому выбираем сталь 09X15Н8Ю.

Химический состав: углерода 0,09%, хрома 14-16%, никеля 7-9%, алюминия 0,7-1,3%.

Сталь 09Х15Н8Ю для повышения механических свойств подвергают закалке при 975°С.

После закалки структура стали — неустойчивый аустенит и небольшое количество мартенсита. В этом состоянии сталь обладает достаточно высокой пластичностью и может быть подвергнута пластической деформации и обработке резанием. После закалки сталь обрабатывают холодом в интервале температур от -50 до - 75°С для перевода части аустенита в мартенсит и подвергают отпуску (старению) при 450-500°С. При старении из α-твердого раствора (мартенсита) выделяются дисперсные частицы интерметаллидов типа Ni3Al.

Механические свойства стали после обработки: , , .

Механические свойства указанной стали зависят от количества образовавшегося мартенсита, которое можно регулировать температурой закалки и обработкой холодом. Если количество мартенсита превышает 40%, то пластичность стали заметно падает, но прочность возрастает.

Марка стали обозначается сочетанием букв и цифр. Для конструкционных марок стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Содержание легирующих элементов, если оно превышает 1 %, ставят после соответствующей буквы в целых единицах.

Легирующие элементы обозначают следующими буквами: хром - Х, никель - Н, молибден - М, вольфрам - В, кобальт - К, титан - Т, азот - А, марганец - Г, медь - Д, ванадий - Ф, кремний - С, фосфор - П, алюминий - Ю, бор - Р, ниобий - Б, цирконий - Ц.

Предел прочности — механическое напряжение σ0, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.

Твёрдость – свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела.

Условный предел текучести – это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от начальной расчетной длины образца.

Относительное удлинение после разрыва – это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к ее первоначальной длине.

Относительное сужение после разрыва – это отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади поперечного сечения.

Закалка – термическая обработка, заключается в нагревании стали до температуры выше критической или температуры растворения избыточных фаз, выдержке и последующим охлаждением со скоростью, превышающей критическую.

Отпуск – заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже критической, выдержке при заданной температуре и последующим охлаждении с определенной скоростью.

Отжиг – термическая обработка, заключающийся в нагреве металла до определенной температуры, с целью умягчить сталь перед механической обработкой и подготовить ее структуру к окончательной обработке.

 

2. Твердые растворы на основе никеля обладают высоким электросопротивлением. Широкой известностью пользуется фехраль Х13Ю4, который рекомендуют для работы при 900°С.

Фехрали применяют для бытовых приборов и нагревательных элементов электропечей и деталей высокого омического сопротивления.

Поэтому для реостата, работающего при температурах до 500°С выбираем сплав Х13Ю4.

Термическая обработка: не требуется

Механические свойства:

предел прочности

предел текучести

Электрические свойства:

сопротивление при 300С

удельное электросопротивление

окалиностойкость 1000 — 1100°С.

Структура сплава: твердый раствор

Сталь Х13Ю4 применяется для нагревателей с предельной рабочей температурой 900˚С промышленных электропечей и различных электронагревательных устройств.

Марка стали обозначается сочетанием букв и цифр. Для конструкционных марок стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Содержание легирующих элементов, если оно превышает 1 %, ставят после соответствующей буквы в целых единицах.

Легирующие элементы обозначают следующими буквами: хром - Х, никель - Н, молибден - М, вольфрам - В, кобальт - К, титан - Т, азот - А, марганец - Г, медь - Д, ванадий - Ф, кремний - С, фосфор - П, алюминий - Ю, бор - Р, ниобий - Б, цирконий - Ц.

Предел прочности — механическое напряжение σ0, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.

Удельное электросопротивление –есть по определению величина, обратная удельной электропроводности.

Окалиностойкость (жароупорность) – способность металлических материалов противостоять химическому разрушению поверхности под действием воздуха или др. окислительной газовой среды при высоких температурах.