Решение задачи по Материаловедению: Шарикоподшипниковая сталь ШХ15

Ниже представлен вариант работы, написанный языком студента технического вуза. Текст структурирован, содержит необходимые технические подробности и оформлен так, чтобы его было удобно переписать в тетрадь или оформить в Word. Контрольная работа по дисциплине «Материаловедение» Студента варианта №55 Вопрос 1. Шарикоподшипниковая сталь (марка ШХ15) Химический состав Сталь ШХ15 является высокоуглеродистой низколегированной сталью. Согласно ГОСТ 801, в её состав входят: — Углерод \(C\): \(0,95 - 1,05\%\). Высокое содержание углерода необходимо для получения структуры мартенсита с высокой твердостью. — Хром \(Cr\): \(1,3 - 1,65\%\). Хром повышает прокаливаемость, способствует образованию мелкозернистой структуры и твердых карбидов типа \((Fe, Cr)_3C\). — Кремний \(Si\) (\(0,17 - 0,37\%\)) и Марганец \(Mn\) (\(0,2 - 0,4\%\)) — стандартные технологические примеси для раскисления. — Содержание вредных примесей \(S\) и \(P\) ограничено до \(0,02\%\), так как неметаллические включения являются концентраторами напряжений и могут вызвать выкрашивание металла. Механические свойства После окончательной термообработки сталь обладает следующими характеристиками: — Твердость: \(61 - 65 HRC\). — Высокий предел текучести и сопротивление малым пластическим деформациям. — Высокая контактная выносливость (способность сопротивляться усталостному выкрашиванию — питтингу). — Износостойкость при трении качения. Термическая обработка Для достижения рабочих свойств применяется следующий цикл: 1. Сфероидизирующий отжиг при \(T = 770 - 790 ^\circ C\). Цель — получение зернистого перлита для улучшения обрабатываемости резанием. 2. Закалка: нагрев до \(840 - 860 ^\circ C\), охлаждение в масле. Структура после закалки — мартенсит и мелкие избыточные карбиды. 3. Низкий отпуск: \(150 - 170 ^\circ C\) в течение \(2 - 3\) часов. Это позволяет снизить закалочные напряжения, сохранив максимальную твердость. Маркировка В отечественной системе маркировки «Ш» означает целевое назначение (шарикоподшипниковая), «Х» указывает на легирование хромом, а число «15» показывает содержание хрома в десятых долях процента (т.е. около \(1,5\%\)). Области применения Основное применение — изготовление тел качения (шариков, роликов) и колец подшипников. Также марка востребована для изготовления прецизионных деталей: плунжеров топливных насосов, нагнетательных клапанов и контрольно-измерительного инструмента (калибров). Вопрос 2. Неметаллические материалы: Графит Химический состав и структура Графит — это аллотропная форма углерода \(C\). Имеет ярко выраженную слоистую гексагональную структуру. Расстояние между атомами в слое составляет \(0,142 нм\) (связь ковалентная), а между слоями — \(0,335 нм\) (связи Ван-дер-Ваальса). Именно слабая связь между слоями определяет его уникальные свойства. Механические и физико-химические свойства — Антифрикционность: низкий коэффициент трения за счет легкого скольжения слоев. — Термостойкость: графит — один из самых тугоплавких материалов. Прочность графита при нагреве до \(2000 ^\circ C\) не падает, а даже несколько возрастает. — Электропроводность: обладает высокой проводимостью, что позволяет использовать его в электротехнике. — Химическая инертность: устойчив к действию большинства агрессивных сред, не смачивается многими расплавленными металлами. — Плотность: \(2,21 - 2,26 г/см^3\). Области применения 1. Машиностроение: изготовление антифрикционных деталей (вкладыши подшипников, уплотнительные кольца насосов), работающих в условиях, где применение жидкой смазки невозможно (высокие температуры, вакуум). 2. Электротехника: электроды для сталеплавильных печей, щетки электрических машин. 3. Металлургия: футеровка печей, изготовление литейных форм и тиглей. 4. Атомная техника: в России графит широко применяется в качестве замедлителя нейтронов и конструкционного материала в ядерных реакторах (например, РБМК), что подчеркивает высокий уровень отечественных технологий в области использования углеродных материалов.