IV. Методические указания к выполнению контрольной работы

Первый вопрос контрольной работы поможет студенту усвоить основные положе­ния металловедения и способов упрочнения деталей термической обработкой. Отвечать на него следует только после изучения всего учебного материала соответствующих тем.

Детали для машин, механизмов транспортного машиностроения, изготавливают из углеродистых, легированных, специальных сталей, чугунов различной структуры, цвет­ных сплавов. Соответственно при их восстановлении используют разнообразные мате­риалы для ремонта. Выбор материала и способа изготовления, а также восстановления деталей непосредственно связан со знанием химического состава, структуры, механичес­ких и технологических характеристик применяемых сплавов.

Принципы маркировки, химический состав и механические свойства стали устанавливаются по соответствующим ГОСТам.

Литьё – процесс получения изделий (отливок) из различных расплавленных металлов. Качество сплава оценивают литейными свойствами. В качестве эталона для оценки литейных свойств сталей принята сталь 30Л. Стали литейные применяются для изготовления пятников, автосцепок, замков, корпусов букс и т.д. В марке стали цифра 30 указывает на содержание углерода – 0,3%, буква Л – способ получения изделий (литьё).

Цветные литейные сплавы на основе алюминия маркируют АЛ2, на основе титана ВТ5Л, на основе магния МЛ5.

Поковки, заготовки, детали для обработки давлением изготавливают из сталей другого химического состава. Способность их деформироваться при нагружении в процессе формообразования поверхностей оценивают ковочными свойствами. Используют для этих целей стали обыкновенного качества, качественные, легированные.

В соответствии с ГОСТ 380 сталь обыкновенного качества разделяется на три группы – А, Б, В. Группа А поставляется с механическими характеристиками, Б – с химическим составом, В – с механическими характеристиками и химическим составом. Буквы Б и В ставятся перед маркой стали, а буква А опускается. Для обозначения степени раскисления в марке стали после номера добавляют индексы: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная. Буквы Ст6 обозначают сталь, цифры от 0 до 6 – условный номер марки, чем больше номер, тем выше уровень механических свойств.

Марки качественных сталей обозначают двумя цифрами 20, 30 и т.д., определяющими содержание углерода в сотых долях процента.

Оси колёсных пар тележек вагонов, локомотивов изготавливают из стали ОС, ГОСТ4728. Колёса цельнокатаные подвижного состава изготавливают из сталей марки 1 и 2 для пассажирских и грузовых вагонов соответственно, ГОСТ10791.

Инструментальные углеродистые стали обозначают буквой и цифрой, например У8, У10 и т.д., где буква У обозначает углеродистая, а цифра – содержание углерода в десятых долях процента.

Марки легированных сталей начинаются цифрой, определяющей содержание углерода, а затем ставится буква и цифра, определяющие название и количество легирующего элемента. Если количество легирующего элемента около 1%, цифра за легирующим элементом опускается. Так, например, сталь марки 55С2 – легированная, конструкционная, содержащая в среднем 0,55% углерода и около 2% кремния. Буква А, стоящая в конце марки стали, определяет высококачественную сталь с пониженным содержанием S и P(У10А).

Сплавы для рельс железнодорожных звеньевого и бесстыкового путей железных дорог и стрелочных переводов по ГОСТ Р51685 имеют марки К78ХСФ, М76, К76, Э76 и др. Буквы К, М, Э – указывают на способ выплавки в печах конверторных, мартеновских, электропечах.

Назначая процесс закалки детали из стали конкретного состава необходимо понять, что чем ниже содержание углерода в стали, тем больше критическая скорость закалки. При этом необходимо также уяснить разницу между полной и неполной закал­кой стали, знать какая закалка требуется для доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей.

Для ответов на эти вопросы нужно начертить участок диаграммы состояния железо-цементит и нанести на нее ординату сплава. На ординате указать температуру нагрева для соответствующего вида термической обработки, выбрать охлаждающую среду. После этого в координатах «температура-время» построить график термической обработки для получения структуры высокой, средней и низкой твёрдости. Время нагрева, выдержки и охлаждения можно назначить условно. График термической обработки должен включать закалку и отпуск. Для сохранения высокой твердости закаленной стали выбирают низкий отпуск.

При необходимости применения поверхностной закалки или химико-термической обработки следует изложить их сущность. Нужно описать структурные превращения, происходящие в этой стали на всех операциях технологического процесса (смотри пример оформления ответа на вопрос 1 ниже).

Приступая к ответу на вопросы 2-14 необходимо изучить закономерности формирования структуры металлов, разобраться в понятиях: критическая точка, фаза, структурная составляющая, полиморфизм (аллотропия), кристалл, кристаллит.

Отвечать на вопросы 15-16 можно после изучения диаграммы состояний Fe-Fe₃C и усвоения всех фазовых и структурных превращений, происходящих при нагреве и охлаждении сталей и чугунов различного состава.

Вопросы 17-25 требуют знания особенностей маркировки и свойств сталей, чугу­нов и других сплавов. Отвечая на них, необходимо привести полный химический состав и свойства рассматриваемого материала (значения HB, _T, _в, , KCU и т.д.). Свойства сталей можно изменять различными приемами. Привести примеры применения этих материалов на железнодорожном транспорте и объяснить изменение свойства (усталость) в процессе эксплуатации.

Вопросы 26-37 относятся к теории термической и химико-термической обработки конструкционных и инструментальных сталей, в т.ч. и легированных. Следует указать, какие именно легирующие элементы и в каких сочетаниях придают сталям требуемые свойства, и как эти элементы влияют на поведение легированных сталей в процессе их термической обработки.

Вопросы 38-42 рассматривают технико-экономическую эффективность внедрения полимерных материалов, в т.ч. и композиционных, как заменителей дорогостоящих и дефицитных материалов (цветных сплавов, ценных пород древесины). Необходимо ознакомиться с классификацией полимеров, составом и свойствами пластических масс.

Рекомендуется приводить конкретные примеры использования полимерных материалов при изготовлении и ремонте железнодорожного подвижного состава, отмечая сокращение трудоёмкости и стоимости ремонта. Важно привести примеры из знакомой студенту области применения, включая перспективы использования того или иного полимерного материала.

Отвечая на вопрос, связанный с защитными покрытиями, следует исходить из следующих факторов, обеспечивающих создание качественного покрытия: стойкость к действию сред, от которых защищается изделие, изменение твёрдости покрытия при пониженных, нормальных и повышенных температурах, а также адгезию (прилипаемость) покрытия к защищаемой поверхности.

Основные ключевые слова и понятия выделять подчёркиванием и пояснять.