Контрольная по материаловедению на тему: "Задачи по выбору сплавов и режимов термической обработки в зависимости от условий работы деталей и конструкций"

Задачи по выбору сплавов и режимов термической обработки в
зависимости от условий работы деталей и конструкций

2. Стаканы цилиндров мощных двигателей внутреннего сгорания
должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности. Для
повышения износостойкости применяют азотирование. Подберите
сталь, пригодную для азотирования, приведите химический состав,
рекомендуйте режим термической обработки и режим азотирования.
Укажите твердость поверхностного слоя и механические свойства
низлежащих слоев в готовом изделии.
Цилиндр двигателя внутреннего сгорания является рабочей камерой
объемного вытеснения. Стакан цилиндра – это поршень цилиндрической
формы, находящийся в цилиндре. Стенки цилиндра двигателя образуют
совместно с поршнем, кольцами и поверхностью камеры сгорания
пространство переменного объема, в котором совершаются все рабочие
процессы двигателя внутреннего сгорания.
На стакан действуют механические нагрузки от давления газов и сил
инерции, а также высокие тепловые нагрузки в период непосредственного
соприкосновения его с горячими газами при сгорании топлива и расширении
продуктов сгорания. Дополнительно стакан нагревается от трения о стенки
цилиндра. При перегреве стакана цилиндра понижаются механические
свойства его материала и возрастают термические напряжения в нем.
Стаканы цилиндров двигателей внутреннего сгорания наряду с достаточной
прочностью и жесткостью должны иметь меньшую массу для уменьшения
сил инерции, обладать высокой теплопроводностью и износостойкостью.
Материалами для изготовления стаканов цилиндров служат главным
образом азотируемые стали. Обычно азотированию подвергают
конструкционные стали, содержащие алюминий. Для изготовления стаканов
цилиндров мощных двигателей внутреннего сгорания выбираем сталь
38Х2МЮА. Это конструкционная легированная высококачественная сталь.
Химический состав стали представлен в таблице 1.

Технологический процесс упрочнения состоит из закалки, отпуска и
азотирования. Азотированию подвергают готовые изделия, прошедшие
механическую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким
отпуском). Высокая твердость после азотирования достигается сразу и не
требует последующей термической обработки. Это важное преимущество
процесса азотирования.
Закалка – вид термической обработки материалов, заключающийся в их
нагреве выше критической температуры, с последующим быстрым
охлаждением. Основным процессом при закалке, который обуславливает
повышение механических свойств сталей, является образование мартенсита.
Закалка производится с температуры 940°С с охлаждением в масле.
Структура после закалки – мартенсит закалки.
Термическая операция, заключающаяся в нагреве закаленных сталей до
температур не выше критических, называется отпуском сталей. Высокий
отпуск проводится при температурах 600…675°С, охлаждение в воде или
масле. При этом образуется структура сорбит отпуска (феррит и цементит
зернистого строения), обеспечивающая стали наилучшее соотношение
прочности и вязкости.
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.