Решение задачи: Шарикоподшипниковая сталь ШХ15

Контрольная работа по материаловедению (Вариант 55) 1. Шарикоподшипниковая сталь (на примере марки ШХ15) Химический состав: Данная сталь относится к классу высокоуглеродистых хромистых сталей. Основные компоненты: - Углерод \(C\): \(0,95 - 1,05\%\). Обеспечивает высокую твердость после закалки. - Хром \(Cr\): \(1,3 - 1,65\%\). Повышает прокаливаемость и способствует образованию твердых карбидов, увеличивающих износостойкость. - Кремний \(Si\): \(0,17 - 0,37\%\) и Марганец \(Mn\): \(0,2 - 0,4\%\). Используются для раскисления стали. - Вредные примеси (сера \(S\) и фосфор \(P\)) строго ограничены (не более \(0,02\%\)), так как они снижают усталостную прочность. Механические свойства: - Твердость: после термической обработки достигает \(61 - 65 HRC\). - Предел прочности при изгибе: около \(2500 МПа\). - Высокое сопротивление контактной усталости: способность материала долго сопротивляться разрушению при циклическом контактном давлении шариков на беговые дорожки. - Высокая износостойкость и стабильность размеров. Термическая обработка: Процесс включает три основных этапа: 1. Сфероидизирующий отжиг: проводится при температуре \(770 - 790 ^\circ C\) для получения структуры зернистого перлита, что облегчает последующую механическую обработку. 2. Закалка: нагрев до \(840 - 860 ^\circ C\) с последующим охлаждением в масле. Это формирует структуру мелкоигольчатого мартенсита с включениями избыточных карбидов. 3. Низкий отпуск: нагрев до \(150 - 170 ^\circ C\) (выдержка 2-3 часа). Это необходимо для стабилизации структуры и снятия внутренних напряжений без потери твердости. Маркировка: Маркировка «ШХ15» расшифровывается следующим образом: - «Ш» — сталь специального назначения, шарикоподшипниковая. - «Х» — легирующий элемент хром. - «15» — среднее содержание хрома в целых единицах, деленных на 10 (т.е. \(1,5\%\) хрома). Если в конце стоит буква «В» (ШХ15-В), это означает, что сталь получена методом вакуумно-дугового переплава для особой чистоты. Области применения: Основное назначение — детали подшипников качения (кольца, шарики, ролики). Также из этой стали изготавливают детали, подвергающиеся интенсивному истиранию: нагнетательные клапаны, плунжеры, копиры и высокоточные калибры. 2. Неметаллический материал: Графит Химический состав: Графит — это минерал, представляющий собой одну из аллотропных форм чистого углерода \(C\). Его структура состоит из параллельных слоев гексагональных сеток атомов. Внутри слоя связи ковалентные (очень прочные), а между слоями — слабые молекулярные связи. Механические свойства: - Твердость по шкале Мооса: \(1 - 2\) (очень мягкий, оставляет след на бумаге). - Антифрикционность: низкий коэффициент трения (\(0,04 - 0,15\)) благодаря легкому скольжению слоев относительно друг друга. - Термостойкость: сохраняет прочность при нагреве до \(2500 ^\circ C\) в инертной среде; не плавится, а возгоняется при \(3800 ^\circ C\). - Электропроводность: высокая, сравнимая с металлами. - Химическая стойкость: не растворяется в кислотах и щелочах. Области применения: 1. Машиностроение: изготовление самосмазывающихся подшипников и вкладышей, которые могут работать в вакууме, при экстремальных температурах или в агрессивных средах, где обычные масла разлагаются. 2. Электротехника: производство щеток для генераторов и электродвигателей, электродов для электролиза. 3. Литейное производство: изготовление тиглей для плавки цветных и благородных металлов, а также смазок для литейных форм. 4. Ядерная энергетика: в России графит традиционно используется в качестве замедлителя нейтронов в реакторах типа РБМК, что является важным технологическим достижением отечественной атомной отрасли.