Материаловедение и технология материалов

Уральский институт ГПС МЧС России

Цена одной задачи 250 р.

Цена всей работы (тех.процесс+ три задачи) 1200 р

Вариант 1

Опишите технологический процесс производства валов длиной 1000 мм и диаметром 150 мм (вал ответственного назначения).

Задача 1

Зубчатые колеса в зависимости от условий работы и возникающих напряжений можно изготавливать из стали обыкновенного качества, качественной углеродистой и легированной с различным содержанием легирующих элементов. Выберите, руководствуясь техническими и экономическими соображениями, сталь для изготовления колес диаметром 50 мм и высотой 30 мм с пределом текучести не ниже 360...380 МПа. Укажите термическую обработку колес, механические свойства и структуру выбранной стали в готовом изделии и для сравнения механические свойства и структуру сталей 45 и 40ХН после улучшающей термической обработки.

Задача 2

Выберите сталь для червячных фрез, обрабатывающих конструкционные стали твердостью НВ 220...240. Объясните причины, по которым для этого назначения нецелесообразно использовать углеродистую сталь У12 с высокой твердостью (63...65 НRС). Рекомендуйте режим термической обработки фрез из выбранной быстрорежущей стали, приняв, что фрезы изготовлены из проката диаметром 40 мм. Опишите получаемую структуру и возможный комплекс эксплуатационных свойств.

Задача 3

Выбрите марку стали для изготовления крепежных болтов, если их обрабатывают на быстроходных станках-автоматах, на которых надо обеспечить максимальную производительность резания и получить высокую чистоту обрабатываемой поверхности; болты не воспринимают в конструкции значительных нагрузок, но работают в агрессивной среде. Укажите марку, химический состав, механические свойства и назначение стали этого типа. Объясните влияние отдельных элементов, присутствующих в этой стали, на формирование заданного комплекса эксплуатационных свойств.

Приведите для сравнения состав, структуру и механические свойства цветного сплава высокой обрабатываемости, применяемого для аналогичного назначения. Объясните, в каких случаях следует применять тот или иной из выбранных материалов и почему.

 

Вариант 2

Опишите технологический процесс производства гладкого ступенчатого шлицевого вала ответственного назначения длиной 1500 мм и с максимальным диаметром 250 мм.

Задача 1

Выберите сталь для изготовления валов диаметром 50 мм для двух редукторов. По расчету сталь для одного из валов должна иметь предел текучести не ниже 350 МПа, а для другого - не ниже 500 МПа. Укажите: состав и марку выбранных сталей; рекомендуемый режим термической обработки; структуру после каждой операции термической обработки; механические свойства в готовом изделии. Можно ли применять углеродистую сталь обыкновенного качества для изготовления валов требуемого сечения и прочности?

Задача 2

Завод должен изготовить долбяки для обработки с динамическими нагрузками конструкционных сталей твердостью НВ 200...230. Выберите марку быстрорежущей стали, наиболее пригодной для этого назначения, рекомендуйте режим термической обработки и укажите структуру и свойства (для долбяков наружным диаметром 60 мм). Предложите режим упрочняющей химико-термической обработки.

Задача 3

Козырьки и черпаки землечерпательных машин, изготовленные из углеродистой' стали, быстро изнашиваются при интенсивной работе по грунту. Применение легированной стали с аустенитной структурой, обладающей повышенной износостойкостью при ударных нагрузках, позволяет повысить стойкость козырьков и черпаков в несколько раз. Приведите химический состав стали, применяемой для этого, а также режим термической обработки, структуру свойства и объясните причины повышенной износостойкости в указанных условиях эксплуатации.

 

Вариант 3

Опишите технологический процесс производства листовых рессор грузового автомобиля.

Задача 1

Коленчатые валы диаметром 80 мм, работающие при повышенных напряжениях, изготавливают на одном заводе из качественной углеродистой стали а на другом те же валы, но диаметром 120 мм - из легированной стали. Какие стали следует применять для этой цели? Укажите их химический состав и марки. Рекомендуйте режим закалки и отпуска и сопоставьте механические свойства, которые могут обеспечить углеродистая качественная и легированная стали выбранных марок для валов указанных диаметров.

Задача 2

Завод изготовлял протяжки из высоковольфрамовой стали Р18. Укажите, можно ли использовать для протяжек менее легированную, а, следовательно, экономичную быстрорежущую сталь. Выбрите марку стали для протяжек, пригодных для обработки резанием конструкционных сталей твердостью до НВ250, укажите ее термическую обработку, структуру и свойства для случаев, когда протяжки изготавливают из проката диаметром 40 и 85 мм.

Задача 3

Щеки и шары машин для дробления руды и камней работают в условиях повышенного абразивного износа, сопровождаемого ударами. Выберите сталь для изготовления щек и шаров, укажите ее химический состав и свойства, в том числе обрабатываемость резанием на станках и поведение в работе. Рекомендуйте наиболее эффективный технологический процесс изготовления и режим термической обработки щек и шаров. Укажите структуру стали в готовом изделии.

 

Вариант 4

Опишите технологический процесс производства диаметром 150 мм и зубчатых колес шириной 30 мм для коробки передач легкового автомобиля.

Задача 1

Выберите сталь для изготовления тяжелонагруженных коленчатых валов диаметром 60 мм: временное сопротивление должно быть не ниже 750 МПа. Рекомендуйте состав и марку стали, режим термической обработки. Определите структуру и механические свойства после закалки и после отпуска.

Предложите и обоснуйте режим упрочняющей обработки для повышения износостойкости опорных шеек вала.

Задача 2

Завод изготавливает червячные фрезы двух размеров: наружным диаметром 30 мм и 80 мм из катаной быстрорежущей стали соответствующего профиля. Выберите марку быстрорежущей стали умеренной теплостойкости и рекомендуйте режим термической обработки. Укажите способ химико-термической обработки, позволяющей дополнительно повысить стойкость фрез. Объясните, в чем заключается различие в структуре и свойствах быстрорежущей стали из проката диаметром 30 - 32 и 80 - 82 мм.

Задача 3

Завод изготавливает среднемодульные цилиндрические зубчатые колеса из стали 45 и упрочняет их способом индукционной закалки при поверхностном нагреве. Однако впадина зубьев при такой обработке не закаливается, что сокращает срок службы колес. Рекомендуйте: марку стали и обработку, обеспечивающую закалку зубчатых колес по всему контуру, а следовательно, с упрочнением зубьев по всей их поверхности; приведите для сравнения состав углеродистой или низколегированной стали, пригодной для изготовления зубчатых колес, упрочняемых методом химико-термической обработки.

 

Вариант 5

Опишите технологический процесс изготовления крупномодульных шестеренок с наружным диаметром 1000 мм и количеством зубьев, равным 70. Шестерни работают без защитных кожухов на открытом воздухе в интервале температур от -30º до +30 °С.

Задача 1

Завод должен изготовить три вала двигателей. Они должны иметь временное сопротивление растяжению не ниже 750 МПа. Однако первый вал имеет диаметр 35 мм, второй 50 мм и третий 120 мм Выберите сталь (стали) для изготовления валов, обоснуйте сделанный выбор, рекомендуйте режим термической обработки и указать структуру и механические свойства в готовом вале.

Задача 2

Инструменты из быстрорежущих сталей имеют недостаточную стойкость при резании с повышенной скоростью (более 80...100 м/мин). Определите марку инструментальных сплавов, пригодных для резания с высокой скоростью сталей и чугунов. Укажите состав, структуру и свойства выбранных сплавов и сопоставьте их с аналогичными свойствами быстрорежущих сталей. Объясните причины, по которым для обработки стали следует выбирать сплав другого состава, чем для обработки чугуна.

Задача 3

В шестернях, изготовленных из стали 40Х и обработанных на твердость HRС 40...42, в процессе эксплуатации при повышенных напряжениях, в том числе динамических нагрузках, возникали трещины при низких температурах в условиях севера. Объясните причины, вызывающие этот брак, и рекомендуйте марку хладостойкой улучшаемой стали, вязкость которой мало уменьшается при понижении температуры с +20º и до -60°С.

 

 

Вариант 6

Опишите технологический процесс изготовления режущих пластин токарного обрезного резца, работающего с заготовками диаметром 60 мм; материал заготовки –

сталь 45.

Задача 1

На заводе изготавливали валы двигателей внутреннего сгорания диаметром 60 мм из стали с пределом текучести 200...230 МПа и относительным удлинением 20...22%. В дальнейшем был получен заказ на валы такого же диаметра для более мощных двигателей. Завод должен был гарантировать для валов одного типа предел текучести σ_0,2 не ниже 600 МПа и ударную вязкость не ниже 600 кДж/м², а для валов другого типа σ_0,2  не ниже 800 МПа и ударную вязкость не ниже 800 кДж/м².

Укажите стали, режим термической обработки, структуру и механические свойства после окончательной обработки. Укажите, как изменится отношение σ_0,2/ σв у выбранных сталей в результате выполнения улучшающей термической обработки.

Задача 2

В распоряжении завода, имеются быстрорежущие стали двух марок: вольфрамомолибденовая Р6М5 и кобальтовая Р9М4К8. Объясните различие в основных свойствах этих сталей и рекомендуйте оптимальное назначение каждой из них. Укажите термическую обработку этих сталей и их структуру и свойства в готовых инструментах диаметром 20 и 60 мм.

Задача 3

Рекомендуйте состав (марку) стали и способ ее металлургического передела для шестерен ответственного назначения в механизмах, работающих при температурах от -60 до +60 °С. Предел текучести должен быть не ниже 750...800 МПа. Объясните, какие факторы способствуют понижению порога хладноломкости, и укажите режим термической обработки и механические свойства готового изделия.

 

Вариант 7

Опишите технологический процесс производства корпуса передней бабки токарного станка.

Задача 1

Шестерни подвергаются действию знакопеременных и ударных нагрузок и должны иметь максимально однородные свойства в продольном и поперечном направлениях. Их изготавливают в зависимости от типа двигателя из стали с временным сопротивлением растяжению (σв) 700...750 МПа и 900...950 МПа. Ударная вязкость (KCU) в обоих случаях должна быть не ниже 700...800 кДж/м². Выберите сталь для шестерен обоих типов, приведите состав, марку, режим термической обработай, микроструктуру и механические свойства в готовом изделии. Укажите последовательность операций ее изготовления, начиная с получения стали на машиностроительном заводе. Рекомендуйте операцию, позволяющую создать в стали однородное строение, а следовательно, однородные свойства в продольном и поперечном направлениях.

Задача 2

Протяжка диаметром 100 мм изготовлена из стали Р6М5. Поскольку протяжка эксплуатируется при небольшой скорости резания, представляется возможным заменить ее на другую, изготовленную из более дешевой нетеплостойкой стали. Выберите взамен стали Р6М5 другую. Опишите химический состав, структуру и свойства обеих сталей. Какие процессы ХТО можно использовать для повышения стойкости протяжек из названных сталей.

Задача 3

Детали холодильных машин во избежание хрупкого разрушения изготавливают из сталей и сплавов с пониженным порогом хладноломкости и соответственно повышенной вязкостью при низких температурах. Рекомендуйте состав стали для деталей холодильных машин, работающих при температурах от - 70 С и до -259 °С (в среде жидкого водорода). Объясните, какие различия в структуре, а, следовательно, и в составе должны быть между этими сталями.

 

Вариант 8

Опишите технологический процесс изготовления коленчатых валов длинной

1200 мм и диаметром 80 мм для двигателей внутреннего сгорания.

Задача 1

Завод изготавливает два типа зубчатых колес диаметром 60 мм и высотой 80 мм для работы в одинаковых условиях. Предел текучести (σ_0,2) должен быть не ниже 540...550 МПа.

Однако второй тип зубчатых колес отличается от первого более сложной формой зуба и поэтому шлифование их после упрочняющей обработки исключено. Выберите сталь для зубчатых колес указанных двух типов и приведите состав и марку, учитывая технологические особенности термической обработки и необходимость предотвращения деформации и образования трещин при закалке. Обоснуйте сделанный выбор стали, рекомендуйте режим термической обработки и укажите механические свойства в готовом изделии.

Задача 2

Метчики диаметром 10 мм, изготовленные из стали ХВГ, подвергают высокоскоростному упрочнению на автоматической установке (упрочняют только режущие кромки). Назовите этот метод упрочнения, опишите его достоинства и недостатки, укажите режим упрочнения, структуру и свойства сердцевины и поверхности метчика после упрочнения. Сопоставьте получаемые эксплуатационные свойства со свойствами стали после стандартной термической обработки.

Задача 3

Для изготовления пружин приборов завод применяет сталь 60С2ХА, обрабатываемую на твердость НRС 40...44. Однако пружины из этой стали при нагреве даже в области климатических температур изменяют свои характеристики в связи с изменением модуля упругости. Это снижает точность работы приборов. Рекомендуйте сплав для изготовления пружин, модуль упругости которого почти не изменяется при температурах от -50 до +100°С. Сопоставьте режим упрочняющей обработки стали 60С2ХА и выбранного сплава.

 

Вариант 9

Разработайте технологический процесс изготовления вала длиной 200 мм, диаметром 80 мм, работающего на кручение.

Задача 1

Червяк редуктора диаметром 35 мм можно изготовить из цементуемой и нецементуемой стали. Обоснуйте, в каких случаях целесообразно применять цементуемую и в каких случаях нецементуемую сталь Временное сопротивление растяжению (σ_в) в сердцевине детали должно быть 600... 700 МПа. Выберите марку цементуемой и нецементуемой углеродистой качественной стали. Укажите химический состав, рекомендуйте режим химико-термической и термической обработки и сопоставьте механические свойства стали обоих типов в готовом изделии.

Задача 2

Предложите материал для производства крупного молотового штампа с минимальным размером 300 мм, испытывающего при работе нагрев до 500º С. Опишите химический состав, режим упрочняющей термической обработки и структуру штампа по сечению. С помощью какого метода поверхностного упрочнения можно повысить работоспособность штампового инструмента.

Задача 3

Детали гидронасосов, в частности клапаны, изготавливали из стали 40Х. Однако в дальнейшем в новых более мощных насосах, в которых скорость движения потока жидкости резко возросла, поверхность клапанов из стали 40Х быстро разрушалась. Объясните причины, по которым это изменение условии службы вызвало разрушение клапанов, и какие явления этому способствовали Рекомендуйте состав стали, стойкий в условиях большой скорости потока для насосов по перекачке морской воды..

 

Вариант 10

Разработайте технологический процесс изготовления станины токарного станка легкой серии.

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.

 

Вариант 11

Разработайте технологический процесс изготовления болтов, работающих на растяжение и удар в агрессивных газовых средах.

Задача 1

Станкостроительный завод изготавливает шпиндели токарных станков. Шпиндели работают с большой скоростью вращения в условиях повышенного износа, поэтому твердость в поверхностном слое должна быть НRС 58...62. Выберите стали для шпинделей диаметром 40 и 75 мм. Приведите состав и марку выбранной стали и рекомендуйте режим обработки, обеспечивающий получение заданной твердости в поверхностном слое в условиях скоростной термической обработки. Укажите структуру стали в поверхностных слоях и в сердцевине шпинделя, механические свойства сердцевины после окончательной термической обработки.

Задача 2

При токарной обработке заготовки из трудно обрабатываемого титанового сплава ВТ16 резцом из сплава ТТ10К8-Б возникла необходимость значительного повышения производительности механической обработки за счет увеличения скорости резания. При этом температура режущей кромки инструмента возросла до 900°С. Предложите для изготовления резца неметаллический материал, который вполне удовлетворяет требованиям по красностойкости. Охарактеризуйте химический состав, строение, технологию получения и сферы применения всех вышеупомянутых материалов, их достоинства и недостатки.

Задача 3

Сталь, применяемая для пароперегревателей котлов высокого давления, должна сохранять повышенные механические свойства при длительных нагрузках при температурах порядка 500°С и иметь достаточно высокую пластичность для возможности выполнения холодной пластической деформации (гибки, завальцовки и т п.) при сборке котла. Укажите химический состав, микроструктуру и механические свойства стали при комнатной и при повышенной температурах (400... 500 °С). Объясните основные отличия выбранной стали от углеродистой котельной стали.

 

Вариант 12

Разработайте технологический процесс получения крепежных шпилек длиной 1000мм и диаметром 35мм в крупносерийном производстве, работающих на растяжение при температурах до 300º С.

Задача 1

Заводу необходимо изготовить шпиндели для токарных станков, работающих в условиях износа, и для шлифовальных станков, которые, кроме того, должны обеспечить высокую точность обработки. Поэтому деформация шпинделей шлифовальных станков при окончательной термической обработке должна быть минимальной, а шпиндели, кроме того, должны иметь повышенную износостойкость. Выберите стали для шпинделей обоих типов и рекомендуйте режим термической обработки. Укажите структуру стали и твердость поверхностного слоя и сердцевины после окончательной обработки.

Задача 2

При выборе режущего инструмента и материала для изготовления на токарных станках-автоматах винтов М8 (шестигранник высотой 12 мм) токарь допустил ошибки и предложил использовать сталь 20 и твердосплавный резец ТЗ0К4. В чем заключаются ошибки? Исправьте их. Обоснуйте выбор типоразмера, материала заготовки и режущего инструмента. Расшифруйте химический состав и укажите свойства выбранных материалов.

Задача 3

Многие детали установок расщепления нефти, в частности трубы печей, подвержены действию высоких температур. Выберите составы сталей для труб, не испытывающих больших нагрузок, но нагревающихся в работе до 250.. и 600 °С. Укажите режимы термической обработки и микроструктуры сталей.

 

Вариант 13

Разработайте технологический процесс изготовления молотового штампа горячего деформирования с размером грани больше 500 мм.

Задача 1

Палец шарнира диаметром 30 мм работает на изгиб и срез; он должен, кроме того, обладать высокой износостойкостью на поверхности и высоким сопротивлением хрупкому и вязкому разрушению в сердцевине. Выберите углеродистую сталь, приведите ее состав и марку, рекомендуйте режим химико-термической и термической обработки и укажите структуру, механические свойства в сердцевине и твердость на поверхности после окончательной обработки. Укажите также желательную толщину твердого поверхностного слоя.

Задача 2

Какую из сталей (У8; ХС, Х12М) следует выбрать для изготовления крупного вырубного штампа? Обоснуйте выбор, укажите химический состав, термическую обработку, структуру и свойства выбранной стали. Как осуществляют доводку штампа? Какую технологию можно предложить для увеличения работоспособности штампа.

Задача 3

Лопатки реактивных и турбореактивных двигателей работают в окислительной среде при высоких температурах (до 800-900°С). Сплавы, из которых изготавливают эти детали, должны обладать повышенной коррозионной стойкостью (окалиностойкостью), высоким сопротивлением ползучести, длительной прочностью при указанных температурах. Выберите состав сплава, укажите методы термической обработки и приведите изменение структуры и свойств после основных операций этой обработки.

 

Вариант 14

Разработайте технологический процесс изготовление сосудов емкостью до 1 м³ для хранения серной кислоты.

Задача 1

Конические зубчатые колеса диаметром 50 мм в электротележке работают в условиях динамических нагрузок и повышенного износа. По требованию конструктора сталь должна обладать высоким сопротивлением вязкому и хрупкому разрушению изделия в сердцевине.

Выберите углеродистую цементуемую сталь, укажите состав, рекомендуйте режим  термической обработки для получения максимальной вязкости в сердцевине изделия, если цементация выполняется в твердом карбюризаторе. Одновременно для сравнения укажите режим химико-термической обработки и в газовой среде. Укажите механические свойства стали в сердцевине изделия и  твердость на поверхности после окончательной термической обработки и объясните, целесообразно ли применение для этой цели стали обыкновенного качества.

Задача 2

Инструмент (зубило и топор) изготовлены из стали У7 и должны иметь в рабочей части микроструктуру троостита, обеспечивающего достаточно высокую твердость, а также относительно мягкую нерабочую часть. Приведите режим и технологию упрочняющей обработки, обеспечивающие указанные требования. Объясните, почему для названного инструмента не подходят стали У13 и 13Х. Назовите сферы применения всех названных сталей.

Задача 3

Многие детали паровых турбин, например, лопатки, работают при повышенных температурах (400…500°С) и в условиях воздействия пара и влаги. Сталь для этого назначения должна обладать устойчивостью против ползучести и коррозии. Выберите марку стали для лопаток и укажите ее химический состав, а также режим термической обработки и микроструктуру в готовом изделии. Приведите механические свойства выбранной стали при 20° и 500° С; сравните их по свойствам с углеродистой качественной сталью, имеющей одинаковое содержание углерода.

 

Вариант 15

Разработайте технологический процесс изготовления траков гусениц тракторов.

Задача 1

Заводу нужно изготовить зубчатые колеса сложной формы диаметром 50 мм и высотой 100 мм. Они должны иметь твердость на поверхности не ниже НRС 58...60, а в сердцевине временное сопротивление растяжению (σ_в) не ниже 400 МПа и ударную вязкость (КСU) не ниже 500...600 кДж/м². Завод изготовил первую партию зубчатых колес из углеродистой цементуемой стали, однако некоторые зубчатые колеса получили деформацию при закалке. Выберите сталь и рекомендуйте режим термической обработки после цементации для получения заданных механических свойств и предупреждения брака по деформации. Укажите структуру стали в сердцевине и поверхностном слое после окончательной обработки и причины, вызывающие деформацию при закалке.

Задача 2

Станочный копир, для которого необходимы высокая твердость, износостойкость и повышенное сопротивление усталости, изготовили из стали, содержащей около 0,38 % С; 1,5 % Сr; 0,9 % А1 и 0,2 % Мо. Определите марку стали, предложите и опишите технологию упрочнения копира, обеспечивающую высокую твердость поверхностного слоя (не менее НRС GS...68).

Задача 3

Рабочие и сопловые лопатки особо мощных реактивных двигателей кратковременного действия работают в сильно окислительной газовой среде при высоких напряжениях и температурах (1000...1200°С). Сплавы, из которых изготавливают эти детали, должны обладать повышенной коррозионной стойкостью, высокими характеристиками кратковременной прочности при указанных условиях эксплуатации. Выберите сплавы для названных изделий, укажите их состав и свойства, а также приведите методы защиты изделий от окисления.

 

Вариант 16

Разработайте технологический процесс изготовления выхлопного сопла реактивного двигателя.

Задача 1

Стаканы цилиндров мощных дизелей должны иметь особо повышенную износостойкость и высокую твердость рабочих поверхностей, при обеспечении высоких значений механических свойств и в сердцевине деталей (предел текучее σ_0.2 должен быть не менее 750 МПа). Укажите марку стали, применяемую для этих условий, и рекомендуйте режим термической и химико-термической обработки последний с учетом сокращения его продолжительности. Сопоставьте последовательность применяемых при этом термических операций и продолжительность химико-термической обработки с толщиной, структурой и твердостью поверхностного слоя.

Задача 2

Цех выполняет токарную обработку чугунных и стальных деталей с большой скоростью резания. Выберите сплавы для резцов, обеспечивающих высокую производительность обработки стали и чугуна. Приведите химический состав, структуру, твердость, прочность и теплостойкость и способ изготовления этих сплавов и сравните их с аналогичными характеристиками быстрорежущей стали.

Задача 3

Многие детали приборов и оборудования, которые устанавливаются на морских судах, должны быть устойчивыми не только против действия воды, водяных паров и атмосферного воздуха, но и против более сильного коррозирующего действия, морской воды. Подберите составы сталей, устойчивых против действия воды, водяных паров, влажного воздуха и морской воды. Укажите марки, химический состав, режимы термической обработки, микроструктуру и механические свойства выбранных сталей. Одновременно укажите химический состав и марку цветного сплава, устойчивого против действия морской воды и сравнить структуру, механические и физические свойства стали и цветного сплава выбранных составов.

 

Вариант 17

Разработайте технологический процесс изготовления  инструмента (калибров) для контроля диаметров отверстий размером 35 мм.

Задача 1

Завод изготавливает коленчатые валы диаметром 35 мм; сталь в готовом изделии должна иметь предел текучести не ниже 300 МПа и ударную вязкость (КСU) не ниже 500 кДж/м². Кроме того, вал должен обладать повышенной износостойкостью не по всей поверхности, а только в шейках, т.е. в участках, сопряженных с подшипниками скольжения и работающих на истирание. Приведите марку стали, рекомендуйте режим термической обработки всего вала для получения заданных свойств и высокопроизводительный режим последующей термической обработки, повышающей твердость только в отдельных участках поверхности вала; укажите необходимое для этого оборудование. Приведите структуру и твердость стали в поверхностном слое шейки и в сердцевине вала.

Задача 2

При обработке стали твердостью более НВ 280... 300 резцы из быстрорежущей стали не имеют достаточной стойкости. Укажите состав сплава, обладающего более высокими режущими свойствами. Вследствие высокой стоимости и большей хрупкости такого сплава приведите способ изготовления составных резцов и укажите металл, из которого следует изготовить державку резца. Сопоставьте структуру, твердость, теплостойкость и способ изготовления выбранного сплава с аналогичными характеристиками быстрорежущей стали.

Задача 3

Многие детали корпуса гидросамолетов изготавливают из высокопрочной стали (σ_в не менее 1200 МПа). По условиям эксплуатации эти детали должны быть, кроме того, устойчивы против коррозии в морской воде. Выберите марку стали, приведите ее химический состав, а также структуру и механические свойства после закалки. Приведите способ упрочняющей обработки выбранной стали для повышения предела прочности σ_в до     1200 МПа. Укажите, как изменяются при этом другие механические свойства стали.

 

Вариант 18

Разработайте технологический процесс изготовления инструмента (волоки) для протяжки проволоки диаметром 5 мм из стали марки 65Г.

Задача 1

Многие крупные детали для железнодорожного транспорта, например автосцепки, изготавливают литыми. Для повышения механических свойств отливки подвергают термической обработке. Выберите марку стали и обоснуйте режим термической обработки, если временное сопротивление (σ_в) должно быть не ниже 350 МПа. Укажите структуру и механические свойства стали после литья и после термической обработки.

Задача 2

Выберите марку легированной инструментальной стали для изготовления круглых плашек, пригодных для нарезания резьбы на болтах из мягкой низкоуглеродистой стали. Укажите, режим термической обработки и способы защиты от обезуглероживания и окисления при нагреве для закалки. Сравните химический состав, микроструктуру, основные свойства и область применения выбранной стали по сравнению с быстрорежущей.

Задача 3

Нержавеющая хромоникелевая сталь некоторых составов обладает хорошей стойкостью против действия ряда химических сред, но после сварки становится чувствительной к интеркристаллитной коррозии в зоне, прилегающей к сварному шву. Укажите химический состав, режим термической обработки и микроструктуру нержавеющей стали, стойкой против действия органических кислот. Поясните, какой легирующий элемент и в каком количестве должна содержать эта сталь для сохранения стойкости против межкристаллитной коррозии после сварки. Объясните причины, вызывающие межкристаллитную коррозию. Сравните состав, структуру, режим термической обработки, свойства и область применения стали выбранного состава с аналогичными характеристиками нержавеющей хромистой стали с таким же содержанием углерода.

 

Вариант 19

Разработайте технологический процесс изготовления пружин из бронзовой проволоки диаметром 3 мм для работы в большом диапазоне деформации. Размеры самой пружины выберите произвольно.

Задача 1

Направляющие станин станков изготавливают из чугуна. Однако, для повышения износостойкости, эти направляющие можно изготовить и из стали. Рекомендуйте состав стали для таких деталей и режим скоростной поверхностной упрочняющей обработки. Приведите значения твердости, которые при этом могут быть достигнуты. Для сравнения укажите марку чугуна, который используют для подобных деталей.

Задача 2

Измерительные инструменты (калибры, измерительные плиты) должны обладать высокой твердостью, хорошим сопротивлением износу и не должны изменять своих размеров с течением времени. Между тем изделия после закалки и низкого отпуска иногда обнаруживают незначительные изменения размеров во время эксплуатации, недопустимые для измерительных инструментов большой точности. Укажите причины, вызывающие эти изменения (старение), и приведите марку стали и режим термической обработки измерительных инструментов, значительно уменьшающий эффект старения.

Задача 3

Тросы самолетов, применяемые в условиях морской службы, должны обладать высоким пределом прочности (σ_в до 800...1000 МПа) и высокой стойкости против коррозии в морской воде. Укажите состав стали, устойчивой против коррозионного действия морской воды (без применения защитных покрытий), технологический процесс изготовления тросов, обеспечивающий получение высоких механических свойств в готовом тросе. Сравните структуру, стойкость против коррозии и поведение при сварке стали выбранного состава с хромистой сталью с содержанием 14 % Сr и 0,1 % С.

 

Вариант 20

Разработайте технологический процесс изготовления стальных шариков диаметром 4 мм, работающих в подшипниках качения. Среда работы – индустриальное масло.

Задача 1

Рессоры грузового автомобиля изготавливают из качественной легированной стали толщиной до 10 мм. Сталь в готовой рессоре должна обладать высокими пределами текучести, выносливости и упругости. Рекомендуйте режим термической обработки, структуру и механические свойства, которые можно получить при правильном выборе состава стали и обработки рессоры. Объясните, как влияет состояние поверхности на качество рессоры, и укажите способ обработки поверхностного слоя, позволяющий повысить предел выносливости

Задача 2

На машиностроительном заводе изготавливают зубчатые колеса из прутков стали 40Х, поставляемой металлургическим заводом с твердостью НВ 160...180. Одна плавка стали, поставленная заводу, имела твердость НВ 230...250. Для обработки стали повышенной твердости потребовалось снижение режимов резания, принятых на заводе. Укажите способ и режим термической обработки, позволяющий улучшить обрабатываемость резанием стали этой плавки. Приведите химический состав, структуру и режим термической обработки стали для фрез, пригодных для обработки стали 40Х.

Задача 3

Завод изготавливает вибрационно-частотные датчики для контроля давления, скорости потока газа и жидкости и т.п. Упругие элементы датчиков изготавливали из низколегированной пружинной стали 50ХФА с обработкой на твердость НRС 42...45. В дальнейшем завод должен изготавливать датчики для контроля параметров агрессивных окислительных сред, что требует применения коррозионностойкой ферромагнитной стали для упругих элементов датчиков. Укажите состав стали с возможно меньшим содержанием дорогих легирующих элементов и рекомендуйте режим упрочняющей термической обработки, обеспечивающий получение твердости НRС 40...45. Сопоставьте режим выбранной  стали с режимом обработки пружинной стали 50ХФА.

 

Вариант 21

Разработайте технологический процесс изготовления роликов диаметром 4 мм и длиной 20 мм, работающих в подшипниках качения. Среда работы - морская вода.

Задача 1

Рессоры трехтонного грузового автомобиля изготавливаются из листов стали 60С2 толщиной 10 мм, которые после закалки и отпуска должны получить высокую прочность по всему сечению. Для автомобиля большей грузоподъемности рессоры должны быть толщиной 20 мм, и тогда в стали 60С2 уже нельзя обеспечить равномерного упрочнения по всему сечению. Предложите другую сталь и укажите способ обработки поверхностного слоя, позволяющий повысить предел выносливости. Поясните, за счет чего повышается работоспособность рессор в этом случае.

Задача 2

Получение заготовок горячей штамповкой является производительным способом обработки. Выберите марку стали для изготовления крупного молотового штампа (размерами 500x400x400 мм); рекомендуйте режим обработки штампа и укажите микроструктуру и механические свойства после отпуска. Объясните, почему подобные штампы не следует изготавливать из углеродистой стали. Как можно повысить работоспособность такого штампа?

Задача 3

Обоснуйте выбор стали для изготовления упругого элемента торсионного вала диаметром 32 мм, который служит для опрокидывания кабины грузового автомобиля. Приведите режим окончательной термической обработки, получаемую после нее твердость и микроструктуру стали. Предложите простой и рациональный путь повышения предела выносливости и долговечности торсиона.

 

Вариант 22

Разработайте технологический процесс изготовления медицинского скальпеля.

Задача 1

В термическом цехе обрабатывают зубчатые колеса диаметром 30 мм, изготовленные из стали 20Х. Цех отказался от выполнения цементации в твердом карбюризаторе и наметил более производительный процесс газовой нитроцементации. Сравните условия и режим всего цикла химико-термической и термической обработки зубчатых колес в случае выполнения цементации в твердом карбюризаторе в нитроцементации. Требуемая толщина поверхностного твердого слоя 0,4.. .0,6 мм. Укажите микроструктуру и твердость  поверхности и механические свойства в сердцевине после окончательной обработки.

Задача 2

Для пуансонов горячего выдавливания - операции, при которой штамп длительное время находится в соприкосновении с нагретым деформируемым металлом, необходимы теплостойкие штамповые стали. Выберите сталь для пуансонов выдавливания жаропрочных сплавов: для этих условий обработки штамповая сталь должна сохранять повышенные прочностные свойства при нагреве до 700 ~ 720 °С. Рекомендуйте режим термической обработки штампов и структуру стали в готовом штампе.

Задача 3

Рессоры для грузового автомобиля малой грузоподъемности изготавливают из полосовой стали 55С2 толщиной 9 мм, которая после соответствующей термообработки (закалки и отпуска) приобретает необходимые свойства по всему сечению. Выберите марку стали для изготовления рессор толщиной 20 мм большегрузного автомобиля, которая после термообработки имела бы предел прочности при растяжении не менее 1800 МПа, предел текучести не менее 1600 МПа, ударную вязкость не менее 300 КДж/м². Обоснуйте выбор, расшифруйте химический состав стали, охарактеризуйте ее свойства и структуру после окончательной термообработки. Как обеспечить поверхностное упрочнение рессоры?

 

Вариант 23

Разработайте технологический процесс изготовления труб диаметром 400 мм для перемещения в них смеси «Н₂О + речной песок».

Задача 1

Завод изготавливает зубчатые колеса:

• цементованные, имеющие временное сопротивление (σ_в) в сердцевине

650...700 МПа и ударную вязкость (КCU) не менее 800 кДж/м²;

• азотированные, имеющее временное сопротивление в сердцевине 950...1000 МПа и ударную вязкость не менее 900 кДж/м²;

• из термически улучшенной стали с временным сопротивлением 900…1000 МПа и ударной вязкостью не ниже 600 кДж/м².

Выберите марки сталей. Приведите их химический состав, обработку и структуру, необходимые для получения указанных механических свойств.

Сравните режимы обработки и, учитывая свойства, полученные в готовом изделии, определите, для каких условий эксплуатации наиболее рационально использовать стали указанных выше свойств. При решении можно принять, что зубчатые колеса всех типов имеют одинаковые диаметр (50 мм) и высоту (80 мм).

Задача 2

Штампы холодной вырубки стальных листов должны иметь высокую износостойкость и, по возможности, хорошую вязкость. Выберите сталь для этого назначения и рекомендуйте термическую обработку, после которой приведите значения твердости и структуру полученной стали. Объясните, в каких штампах: с наименьшей стороной 50 или 90 мм сталь будет иметь более высокие прочность и вязкость и причины этого различия. Приведите также метод термической обработки (способ нагрева), который может обеспечить упрочнение отдельных участков режущей кромки штампа.

Задача 3

В химическом производстве для изготовления деталей центробежных насосов и емкостей, контактирующих с агрессивной средой (40 %-й водный раствор серной кислоты), успешно использовали аустенитную коррозионно-стойкую сталь. Приведите марку кислотоупорной аустенитной коррозионно-стойкой стали, расшифруйте ее химический состав и объясните, какая термическая обработка обеспечит ее максимальную коррозионную стойкость. В связи с производственной необходимостью температуру среды потребовалось повысить до 200°С, вследствие чего резко снизилась коррозионная стойкость стали. Предложите и обоснуйте другую марку стали для этих условий эксплуатации или способ поверхностной защиты коррозионно-стойким покрытием.

 

Вариант 24

Разработайте технологический процесс изготовления подкрановой балки из двутавра с высокой полки 600 мм.

Задача 1

Завод проводит химико-термическую обработку массовых партий зубчатых колес диаметром 50 мм из стали 20 в термическом цехе. Зубчатые колеса поступали в термический цех из механического цеха, а затем вновь возвращались для окончательной обработки в механический цех. Для повышения производительности и сокращения длительности производственного цикла завод изменил марку стали и начал выполнять закалку с индукционного нагрева. Это позволило проводить термическую обработку непосредственно в потоке механического цеха. Приведите марку стали, из которой следует изготавливать зубчатые колеса, закаливаемые с индукционного нагрева. Укажите технологический режим обоих процессов термической обработки и сравните их по продолжительности операций.

Задача 2

Штампы для холодной чеканки медных сплавов и мягких сталей должны сочетать высокие твердость и сопротивление пластической деформации (что предупреждает преждевременное смятие и искажение рабочей фигуры штампа) с удовлетворительной вязкостью. Выберите марку стали для чеканочных штампов, укажите термическую обработку и структуру в готовом штампе. Объясните причины, по которым для этого назначения мало  пригодны стали с высоким содержанием углерода (³1%).

Задача 3

Выберите сталь для шарикоподшипника, работающего в агрессивной среде (10%-м растворе азотной кислоты), назовите режим упрочняющей термической обработки и получаемую структуру. Объясните, почему сталь ШХ15 непригодна для таких условий работы. Приведите химический состав выбранной стали. Обоснуйте возможность изготовления деталей крупногабаритных шарикоподшипников, работающих в неагрессивных средах, из цементуемых легированных сталей.

 

 Вариант 25

Разработайте технологический процесс изготовления труб диаметром 200 мм. По трубе перемешается кислород под давлением.

Задача 1

Поршневые пальцы диаметром 30 мм и длиной 50 мм должны иметь по условиям работы вязкую сердцевину и твердую поверхность; хорошо сопротивляющуюся износу (НRС 58...62). Укажите режим обработки, обеспечивающий получение требуемых свойств, если пальцы изготавливают массовыми партиями из сталей 20 и 45. Приведите химический состав сталей 20 и 45 и сравните продолжительность выдержки изделий из стали 20 при цементации и из стали 45 при других способах обработки для получения поверхностного твердого слоя толщиной 0,8..1,0 мм. Укажите цикл всех операций термической обработки поршневых пальцев из этих сталей и механические свойства в сердцевине изделия из сталей 20 и 45.

Задача 2

Пневматические долота, применяемые при разработке горных пород, должны обладать относительно высокой твердостью (55...58 НRС) и износостойкостью, но вместе с тем должны иметь достаточную вязкость, так как они испытают в работе ударные нагрузки. Укажите химический состав, марку углеродистой (для долот простой формы) и легированной сталей (для крупных долот сложной формы) и режим термической обработки, обеспечивающий получение требуемых структуры и твердости.

Задача 3

Выберите материал для изготовления впускных клапанов автомобильного двигателя внутреннего сгорания. Укажите химический состав выбранного материала, влияние легирующих элементов на окончательную термическую обработку клапана, структуру и свойства стали.

 

Вариант 26

Разработайте технологический процесс изготовления проволочного нагревателя диаметром 5 мм для камерной печи.

Задача 1

Стаканы цилиндров двигателей внутреннего сгорания с толщиной стенки 40 мм должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности. На заводе детали изготавливают из стали 20 с последующей цементацией и термической обработкой. В дальнейшем завод начал изготавливать цилиндры более ответственного назначения с повышенной износостойкостью и твердостью на поверхности не ниже НV 950... 1000. Эту твердость сталь должна сохранить при нагреве до 300...400° С. Укажите сталь, которую необходимо выбрать для этой цели, и изменения, которые следует внести в технологический процесс термической и, химико-термической обработки. Сравните оба процесса обработки по последовательности и продолжительности операций, а также механические свойства и твердость на поверхности и в нижележащих слоях, получаемые в результате изменения химического состава стали и применения каждого из этих процессов.

Задача 2

Формы литья металлов под давлением нагреваются в рабочем слое до высоких температур и при каждой заливке жидкого металла подвергаются попеременному нагреву и охлаждению и эрозионному воздействию. Приведите марку стали, пригодную для форм литья под давлением алюминиевых сплавов, и охарактеризуйте ее устойчивость против образования трещин разгара. Рекомендуйте режимы термической обработки и укажите структуру и свойства стали в готовой форме.

Задача 3

Выберите материал для изготовления черпаков землеройных машин, работающих в условиях абразивного изнашивания и динамических нагрузок. Расшифруйте химический состав, охарактеризуйте механические и технологические свойства и приведите режим термической обработки стали, объясните причины ее самоупрочнения при работе.

 

Вариант 27

Разработайте технологический процесс прессования латунных труб с использованием полунепрерывного литья.

Задача 1

Для повышения износостойкости стаканов цилиндров мощных двигателей внутреннего сгорания применяют азотирование. Выберите сталь, пригодную для азотирования, приведите химический состав, рекомендуйте режим термической обработки и режим азотирования и укажите твердость поверхностного слоя и механические свойства нижележащих слоев в готовом изделии. Сравните: твердость, получаемую при азотировании с получаемой при цементации; температуры, до которых может быть сохранена высокая твердость азотированного и цементованного слоев, при каком ....