Рис. 1. График высокотемпературной термомеханической обработки сталиТермомеханическая обработка металлов (ТМО) представляет собой совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения, производимых в определенной последовательности. В отличие от объемной закалки, ТМО сочетает термическую обработку с обработкой металлов давлением. Окончательная структура металла и его свойства формируются в условиях повышенной плотности, поэтому несовершенства строения, вызванные пластической деформацией, распределяются оптимальным образом.Впервые сочетание пластической деформации с фазовыми превращениями стали было применено в начале ХХ века при производстве стальной проволоки. Продукт обладал настолько высокими механическими свойствами (которых не удавалось достичь другими способами упрочняющей обработки), что этот метод получил дальнейшее развитие.Вначале (1954 г., США) была применена низкотемпературная термомеханическая обработка машиностроительной стали. Высокотемпературная обработка (ВТМО) была разработана чуть позднее в СССР; она получила большее распространение, поскольку прекрасно подошла для улучшения механических свойств массовых сортов стали, находивших применение в машиностроении.
Температура, при которой производится деформация стали при ВТМО, лежит выше верхней критической точки полиморфного превращения. Тем же характеризуется и прокатный или ковочный нагрев. Однако при ВТМО развитие рекристаллизационных процессов подавляется, что создает особое структурное состояние. Благодаря этому сталь приобретает уникальное сочетание прочности, пластичности, вязкости и сопротивления хрупкому разрушению. Повышается ударная выносливость стали, снижается порог хладноломкости и практически ликвидируется опасная склонность к хрупкости при отпуске.
При ВТМО после завершения горячей деформации проводится немедленное и резкое охлаждение, и конечная структура упрочнённой стали сохраняет тонкое строение горячедеформированного аустенита. Структура динамической полигонизации аустенита наследуется низкотемпературными фазами – мартенситом, бейнитом или ферритом.Высокотемпературную термомеханическую обработку эффективно использовать для углеродистых, легированных, конструкционных, пружинных и инструментальных сталей. Последующий отпуск при температуре 100…200oС проводится для сохранения высоких значений прочности (см. рис. 1).
Субзерна феррита в термически упрочненном фасонном прокате видны на левом снимке рис. 2, выполненном с помощью электронного микроскопа. Микроструктура листового термически упрочненного проката показана на центральном снимке у поверхности, на правом снимке рис. 2 – в середине листа (по толщине).
По сравнению с объемной закалкой, ВТМО существенно повышает прочность стали при сохранении пластичности. Например, для обычной углеродистой стали ВСт3сп предел прочности повышается до уровня 530 МПа (с уровня 350 МПа). При этом сопротивление хрупкому разрушению (ударная вязкость KCU при -70°С) очень высокое — 150 Дж/см?. По сравнению с закалкой с низким отпуском оно выше в 1,5 – 2 раза. Соответственно меняется и твердость, определённая по методу Виккерса. Поверхностные слои имеют твёрдость до 300 HV, тогда как твёрдость центрального слоя составляет около 150 HV.
Рис. 1. График высокотемпературной термомеханической обработки стали
Рис. 2. Микроструктура стали при ВТМО
Бронза – сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием и другими элементами. В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминиевыми, кремневыми, бериллиевыми и т.д. Марку бронз составляют из букв «Бр», характеризующих тип сплава (бронза), букв, указывающих перечень легирующих элементов в нисходящем порядке их содержания, и цифр, соответствующих их усредненному количеству в процентах.
Например, маркой Бр.ОЦС 4-4-2,5 обозначают бронзу, содержащую 4% олова, 4% цинка, 2,5% свинца и 89,5% меди (100–(4+4+2,5)=89,5%). Эта бронза называется автомобильной по области приоритетного применения.
Медные сплавы обладают высокими механическими и технологическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии. Бронза весьма стойка на воздухе, в морской воде, растворах большинства органических кислот, углекислых растворах.
Олово на механические свойства меди влияет аналогично цинку: повышает прочность и пластичность. Сплавы меди с оловом обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами.
Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве антифрикционного материала в других отраслях.Оловянная бронза хорошо обрабатывается давлением и резанием. Она имеет очень малую усадку при литье: менее 1%, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5%, а стали — более 2%. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литье. Оловянная бронза — непревзойденный литейный сплав. Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором.
Цинка добавляют до 10%, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и ее обрабатываемость резанием.
На рис. 3 изображена микроструктура литой оловянистой бронзы Бр.ОЦС 4-4-2,5 при увеличении X100 после травления 7%-ным раствором сернокислой меди в аммиаке (эскиз 4). Структура дендритная. Темные оси дендритов, как кристаллы первичной генерации, обогащены медью. В маточном растворе видны светлые включения эвтектоида аВ, обогащенного оловом.
Рис. 3. Микроструктура бронзы Бр. ОСЦ 4-4-2,5
Рис. 3, эскиз 5 представляет структуру того же сплава после деформации и отжига. Структура однородная рекристаллизованная. На микрофотографии эскиза 6 показано расположение свинца в автомобильной бронзе при увеличении X500 без травления.
Другой пример – безоловянистая бронза, возьмем для ее описания Бр. С30 – сплав меди со свинцом. В данном сплаве свинец составляет 27 – 33%, медь – остальное. Другие металлы в состав этой бронзы не входят (допускаются лишь незначительные их примеси). В маркировке сплава С означает легирующий элемент меди – свинец, 30 – среднее его содержание.Для отливок в земляные формы детали из бронзы С30 характеризуются пределом прочности 70 Мн/м2, относительным удлинением 5% и твердостью НВ 450 Мн/м2. Примерное назначение сплава – изготовление сальников, антифрикционные детали.
Данный сплав классифицируется как литейная безоловянистая бронза, относящаяся к специальным. Температура плавления бронзы С30 – 954 0С. Коэффициент трения без смазки – 0,165, со смазкой – 0,009. Литейные бронзы предназначены для фасонных отливок, в том числе – шестерен и деталей подшипников.Процесс термической обработки бронз отличается для различных их типов.
По микроструктуре оловянные бронзы разделяют на однофазные ?-бронзы (содержание олова до 6%) и двухфазные ? + эвтектоид [? ? (CuslSn8) ] (содержание олова более 6%). Чем больше в сплаве олова, тем больше эвтектоида, а так как эвтектоид хрупкий, то в оловянных бронзах максимальное содержание олова 11%. Для выравнивания химического состава в однофазных бронзах и для превращения двухфазной структуры с включениями твердой ?-фазы в однофазную ?-фазу (в связи с чем повышается пластичность) бронзы подвергают гомогенизации при 700-750 °С с последующим быстрым охлаждением. Для снятия внутренних напряжений отливки отжигают при 550 °С. Деформируемые оловянные бронзы содержат олова до 6% (однофазные ?-бронзы, например, Бр. ОЦ 4-3 и др.) и для восстановления пластичности между операциями холодной обработки давлением подвергают рекристаллизационному отжигу при 600-700 °С.
При содержании алюминия от 9,4 до 11,8% сплавы при температурах выше 565В° С имеют структуру ?- или (?+?)- фаз (рис. 4). При медленном охлаждении ?-фаза при температуре 565 °С претерпевает эвтектоидный распад ? s — ? а — ? 2, и структура таких сплавов будет состоять из зерен ?-твердого раствора и эвтектоида (?+? 2).
Рис. 4. Часть диаграммы состояния медь-алюминий.
Из изложенного выше следует, что алюминиевые бронзы с содержанием алюминия от 8 до 11 %, испытывающие при нагреве и охлаждении фазовую перекристаллизацию, могут подвергаться термической обработке (закалке). Если доэвтектоидную алюминиевую бронзу, например с содержанием 10-11% А1, нагреть до температуры, при которой в структуре образуется ?-фаза, и после нагрева быстро охладить (в воде), то произойдет бездиффузионный переход ?-фазы в структуру мартенситного типа (рис. 5).
Рис. 5. Микроструктура закаленной алюминиевой бронзы с явно выраженным мартенситным строением и сохранением очертаний зерен ?-фазы; X 200.
В результате закалки повышаются прочность и твердость, но снижается пластичность. После закалки следует отпуск при 400-650 °С в зависимости от требуемых свойств. Наиболее эффективно подвергается закалке бронза Бр. АЖН 10-4-4. Алюминиевые бронзы для устранения дендритной ликвации подвергают гомогенизации, а деформируемые полуфабрикаты (листы, ленты и др.) — рекристаллизационному отжигу при 650-800 °С.
Рис. 6. Часть диаграммы состояния медь-бериллий.
Растворимость бериллия в меди уменьшается с понижением температуры (рис. 6), а при распаде твердого раствора а образуется ?-фаза (химическое соединение СuВе), обладающая высокой твердостью. Бериллиевую бронзу закаливают в воде от температуры 760-780 °С (см. рис. 6, температура при этом избыточная фаза выделиться не успевает, и после закалки сплав состоит из пересыщенного твердого раствора ? и обладает небольшой твердостью (НВ 100-120) и прочностью [? = 45 -50 кгс/мм2 (450-500 МН/м2)] и большой пластичностью (? = 25-30%). После закалки проводится отпуск (старение) при 300-350 °С с выдержкой 2 ч. При других температурах твердость получается более низкой. В процессе старения почти весь бериллий выделяется из пересыщенного твердого раствора в виде вторичных кристаллов СuВе (растворимость бериллия в меди при температуре 20 °С приблизительно 0,2%). Микроструктура закаленной и состаренной бериллиевой бронзы Бр. Б2 (1,8-2,1% Be; 0,2-0,5% Ni) приведена на рис. 7 (по границам и внутри зерен ?-фазы включения СuВе). После закалки и старения бериллиевая бронза становится прочной и твердой [?в = 120-130 кгс/мм2 (1200- 1300 МН/м2), НВ до 400]; относительное удлинение после старения снижается до 2-5%.
Рис. 7. Микроструктура бериллиевой бронзы Бр.Б2 после закалки от 800°С и отпуска при 350 °С; по границам и внутри зерен ?-фазы включения фазы СuBe, Х250.
Характерной особенностью сплавов меди с бериллием является большая скорость распада пересыщенного твердого ?-раствора. Это усложняет условия выполнения закалки, так как требует быстрого переноса деталей из печи в закалочный бак и резкого охлаждения. Для повышения устойчивости пересыщенного твердого раствора (уменьшения скорости распада) и облегчения условий закалки (особенно крупных деталей) бериллиевые бронзы дополнительно легируют никелем. Вводимый в бериллиевые бронзы титан (Бр. БНТ. 1,9-1,85-2,10% Be; 0,2-0,4% Ni; 0,10-0,25% Ti) образует соединения с бериллием (TiBe2) и медью (Cu2Ti), выделяющиеся при старении из пересыщенного твердого ?-раствора и создающие дополнительное упрочнение.
Для получения отливки заданной детали из заданного сплава требуется изготовить литейную форму из песчано-глинистых формовочных смесей. Опишите последовательность операций ручной формовки. Представьте эскиз отливки с указанием припусков на механическую обработку. Изобразите собранную литейную форму в разрезе и укажите основные ее элементы. , сплав СЧ18
Рис. 8. Эскиз заданной отливки
Рис. 9. Пример из Методических указаний
Формовка в двух опоках по разъемной модели. Процесс изготовления формы начинают с установки модели или ее половины на модельную плиту. Затем на плиту устанавливают пустую нижнюю опоку и поверхность модели смачивают смесью керосина с мазутом или припыливают мелким песком. После этого через ручное сито просеивают облицовочную смесь. Толщина слоя облицовочной смеси для мелких отливок 15-30 мм, а для крупных 30-40 мм. При формовке крупных отливок с высокими отвесными стенками облицовочную смесь просеивают через сито только для покрытия горизонтальной плоскости модели. Обкладку отвесных стенок производят той же облицовочной смесью. В опоку засыпают наполнительную смесь и ее уплотняют. Для достижения равномерной плотности формы наполнительную смесь засыпают в опоку слоями (57-75 мм) и уплотняют ручной или пневматической трамбовкой.
При уплотнении нельзя ударять трамбовкой по модели, так как формовочная смесь в местах удара будет сильно уплотнена и в отливках могут образоваться газовые раковины. Особенно тщательно следует уплотнять смесь в углах и у стенок опоки.
Излишек формовочной смеси после уплотнения сгребают линейкой вровень с кромками опоки и душником прокалывают вентиляционные каналы так, чтобы душник не доходил до модели на 10-15 мм. Затем опоку вместе с модельной плитой поворачивают на 180 0 и устанавливают вторую половину модели.
Чтобы устранить прилипание формовочной смеси верхней полуформы к нижней, плоскость разъема нижней полуформы присыпают сухим разделительным песком. Этот песок сдувают с поверхности модели сжатым воздухом. Верхнюю опоку ставят на нижнюю и через сито насыпают на модель слой облицовочной смеси, устанавливают модель стояка и насыпают наполнительную смесь. После этого уплотняют смесь. Излишки смеси сгребают и делают наколы душником.
Форму раскрывают и смачивают ее поверхность вблизи модели водой. Для предупреждения ухода жидкого металла из формы при заливке по сырому на плоскости разъема формы делают риски (подрезки) вокруг модели на расстоянии 50-70 мм от нее. При заливке металла в сухие формы и особенно при неудовлетворительном состоянии опок в большинстве случаев на плоскость разъема формы кладут тонкий слой глины, который при спаривании полуформ полностью исключает провыв металла их формы. Модели не следует располагать близко к краю опоки; расстояние от модели до стенки опоки должно быль не менее 25-50 мм в зависимости от массы отливки и габаритных размеров опоки.
В модель ввертывают или забивают подъем. Затем ее слегка расталкивают ударами молотка по подъему и извлекают их формы. Так же извлекают модели элементов литниковой системы, стояка, выпора, питателя. Небольшие модели вынимают из формы вручную, а крупные — краном.
Извлечение модели из формы является ответственной операцией, и производить ее нужно очень осторожно, чтобы не разрушить форму. Сильно расталкивать модель не рекомендуется, так как при этом отливки получаются с увеличенными размерами и массой.
После извлечения модели поверхность формы отделывают. Поврежденные места формы исправляют гладилками, ложечками, ланцетами и т.д. Некоторые части формы укрепляют шпильками. Отделанную форму, изготовленную по-сырому, перед сборкой присыпают порошкообразным графитом или древесно-угольным порошком. При формовке по-сухому поверхность формы не припыливают, а окрашивают. Формы обычно окрашивают после сушки, когда форма еще не остыла.
Иногда формы красят 2 раза: до и после сушки. Затем устанавливают стержень и собирают форму.
Формовка в двух опоках по неразъемной модели. Небольшую крышку получают по деревянной неразъемной модели. Сначала формуют нижнюю опоку.На деревянную плиту устанавливают модель и нижнюю опоку, а затем насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Опоку с плитой переворачивают на 1800, устанавливают верхнюю опоку и модели литниковой системы, и также насыпают в верхнюю опоку формовочную смесь и уплотняют. После этого поднимают верхнюю полуформу, переворачивают ее на 1800 и извлекают модели их формы.
Затем форму отделывают, собирают и заливают металлом.
Руководствуясь справочными данными [9], ГОСТ 1412-85 [10] и ГОСТ 26645-85 [8], находим для сплава СЧ18 припуски на механическую обработку и строим заданные эскизы (рис. 10).Припуски на механическую обработку даются на всех обрабатываемых поверхностях отливки (на чертеже детали они обозначены соответствующими знаками шероховатости). Согласно ГОСТ, в нашем случае они составляют + 1 мм.
Кроме припусков на механическую обработку, все размеры детали увеличивают пропорционально величине усадки сплава, из которого будет изготовлена отливка.Усадкой называется свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем при затвердевании и охлаждении. Вследствие этого модель должна быть несколько больших размеров, чем будущая отливка.
Для малых отливок из литейного чугуна (сплав СЧ18) литейная усадка равна 1,2 %.
Рис. 10. Эскиз отливки с припусками и литейной формы: 1 – нижняя половина литейной формы; 2 – верхняя половина; 3 – стержень; 4 – выпор; 5 – полость формы; 6 – питатель; 7 – шлакоуловитель; 8 – стояк; 9 – литниковая чаша.
Какие процессы происходят в металле при его горячей обработке давлением? Меры, предупреждающие их возникновение, устранение.
Обработка металлов давлением – группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения ее целостности за счет относительного смещения отдельных ее частей (путем пластической деформации).
Наряду с формообразованием обработка давлением может улучшать качество и механические свойства металла. Обработка металлов давлением производится либо в «горячем» (нагретом), либо в «холодном» (соответствующем комнатной температуре) состоянии. При обработке давлением многих металлов и сплавов сначала производится горячая обработка, позволяющая использовать повышенную пластичность нагретого материала, а затем следует окончательная обработка в холодном состоянии, обеспечивающая высокое качество поверхности и точные размеры.
Основные виды обработки металлов давлением – прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка.
Ковка и штампование. Ручная ковка была исторически первым из применяемых до сих пор способов формоизменяющей обработки металлов. Первый паровой молот, появившийся в 1843 г., деформировал металл силой падения груза, а пар служил для поднятия последнего. Вслед за таким молотом простого действия в 1888 г. появился молот двойного действия, верхняя «баба» которого при движении вниз дополнительно разгоняется силой пара. Ковка и объемное штампование могут выполняться на молоте или на прессе. Ковка бывает свободная и в штампах.
Обжатие прокаткой – самый распространенный процесс обработки металлов давлением. Хотя «отцом» современных методов прокатки принято считать Г. Корта, первый прокатный стан которого относится приблизительно к 1783 г., исторические документы свидетельствуют о том, что золото и серебро для чеканки монет прокатывались в листы во Франции еще в 1753 г. Существует много разных типов прокатных станов, но практически во всех таких установках обжатие осуществляется двумя валками, вращающимися навстречу друг другу. Валки захватывают заготовку, и из них она выходит, уменьшившись по толщине и увеличившись в длине. Возникающее при этом боковое, или поперечное, уширение в большинстве случаев незначительно.
Прессование. Многие металлы и сплавы при повышенных температурах настолько пластичны, что их можно выдавливать под прессом через отверстие матрицы, как зубную пасту из тюбика. Таким методом прессования выдавливанием, или экструзии, можно изготавливать изделия сложного поперечного сечения. Экструзией получают, например, прутки, трубы, фасонные изделия, покрывают свинцовой оболочкой кабель.
Прошивка. Операция прошивки применяется при изготовлении бесшовных труб из литых цилиндрических заготовок и экструдированных прутков. Нагретая заготовка захватывается двумя косыми (коническими) валками прошивного стана, вращающимися навстречу друг другу, и надвигается в процессе поперечно-винтовой (геликоидальной) прокатки на оправку, закрепленную посередине между валками. Из разнообразных устройств для производства бесшовных труб наиболее известен прошивной стан Маннесмана. Прошивке поддаются далеко не все металлы и сплавы, но сталь, медь и некоторые сплавы на основе меди достаточно пластичны для такой обработки, требующей очень большой деформации.
Волочение позволяет получить прутки, проволоку, трубы. Диаметр прутка, полученного экструзией или прокаткой, можно уменьшить, протянув его сквозь отверстие волочильной доски (волoки, или матрицы). Протягиванием через ряд волок с последовательно уменьшающимися отверстиями можно получить пруток малого диаметра. Точно так же из прутка самого малого диаметра можно получить проволоку. Волочение труб обычно применяется для уменьшения наружного диаметра трубы или толщины ее стенки либо и для того и для другого. Холодное волочение обеспечивает гладкую поверхность трубы, точные размеры и улучшенные механические свойства.
Обработка металлов давлением изменяет микроструктуру металла.
Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.
Известно, что пластическое деформирование и термическая обработка меняют свойства металлов. Объединение этих операций, максимальное их сближение и создание единого процесса термомеханической обработки обеспечивают заметное повышение механических характеристик, что позволяет экономить до 15…40% металла и более или увеличить долговечность изделий.
Длительное время пластическую обработку рассматривали в основном как операцию формирования, хотя известно, что 10…20% энергии, затрачиваемой на деформацию, идет на увеличение внутренней энергии дефектов кристаллической решетки. Перед окончательной термической обработкой от этой накопленной энергии освобождались и только после этого выполняли термические операции, приводившие металл к метастабильному состоянию с высокой прочностью и вязкостью. Между тем совмещение пластической деформации и фазовых (структурных) превращений или их сочетание в определенной последовательности вызывает повышение плотности дислокации, изменяет наличие вакансий и дефектов упаковки и может быть использовано для создания оптимальной структуры металла и формирования важнейших свойств — прочности и вязкости. Это совмещение пластической деформации и термического воздействия, целью которого является формирование требуемой структуры обрабатываемого тела, называют термомеханической обработкой (ТМО).
Перед горячей обработкой давлением металлы и стали нагревают до определенной температуры (начало горячей обработки давлением) для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации. Однако в процессе обработки температура металла понижается. Минимальная температура, при которой можно производить обработку, называется температурой окончания обработки давлением. Область температуры между началом и окончанием, в которой металл или сплав обладает наилучшей пластичностью, наименьшей склонностью к росту зерна и минимальным сопротивлением деформированию, называют температурным интервалом горячей обработки давлением.
При этом температура нагрева металла выбирается такой, чтобы не возник, пережег либо перегрев. Пережег, характеризуется окислением металла на границе зерен, в результате чего он становится хрупким и при ударе разрушается. Перегрев сопровождается резким ростом размеров зерен, вследствие чего ухудшаются механические свойства.Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Например, алюминиевый сплав АК4 – 470-350 0С; медный сплав БрАЖМц – 900-750 0С; титановый сплав Вт8 -1100-900 0С; сталь 45 – 1200-750 0С.
Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до требуемой температуры. Нагрев осуществляется в различных печах и нагревательных устройствах. Выбор способа нагрева заготовок определяется технико-экономических соображениями.
Качественная зависимость пластичности от температуры для сталей представлена на рис. 11. Влияние температуры неоднозначно. Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, с повышением температуры, становятся более пластичными (1). Высоколегированные стали имеют большую пластичность в холодном состоянии (2). Для шарикоподшипниковых сталей пластичность практически не зависит от температуры (3) . Отдельные сплавы могут иметь интервал повышенной пластичности (4). Техническое железо в интервале 800…1000 0С характеризуется понижением пластических свойств (5). При температурах, близких к температуре плавления, пластичность резко снижается из-за возможного перегрева и пережога.
Рис. 11. Влияние температуры на пластичность сталей
Если учесть, что температурный интервал плавления сталей заключен между линиями ликвидус и солидус диаграммы состояния железо-углерод (рис. 12), тогда температуру рекристаллизации сплава можно определить по формуле
.При температуре начала рекристаллизации лишь уменьшается наклеп, а рекристаллизация идет весьма медленно. С повышением температуры ее скорость возрастает. Поэтому нагрев стали перед обработкой давлением должен быть достаточно высоким, однако ниже, чем температура начала расплавления металла при нагреве.
Как правило, практический выбор температурного интервала для конкретного сплава производят опытным путем. Однако приблизительные границы этого интервала представлены на рис. 12.
Рис. 12. Выбор температурного интервала по диаграмме железо-углерод
Под объемной штамповкой понимают процесс, при котором металл заготовки деформируется с изменением всех размеров заготовки, принимая форму рабочей поверхности специального инструмента — штампа. Горячую штамповку ведут в интервале температур, обеспечивающих снятие упрочнения. Преимущества объемной штамповки перед свободной ковкой — прежде всего в значительно более высокой производительности и точности, размеров, а также в лучшем качестве поверхности изделий. При этом резко сокращается дальнейшая чистовая обработка резанием. Штамповкой получают детали исключительно сложной формы. Однако необходимо учитывать, что штамп годен только для изготовления той поковки, для которой он спроектирован, в отличие от универсального инструмента свободной ковки.
Для поковок сложной формы не используют готовый прокат, а исходную заготовку изготовляют специально, чтобы получить максимальное подобие конфигурации заготовки и поковки. Эти операции выполняют свободной ковкой или штамповкой. Часто применяют многоручьевые штампы, имеющие несколько полостей (ручьев) для последовательной деформации заготовки. Технологией штамповки может предусматриваться последовательное использование ряда штампов, установленных на нескольких молотах или на нескольких различных машинах: например, молотах и прессах, молотах и ковочных вальцах. В многоручьевых штампах, применяемых для получения заготовки, встречаются следующие основные виды ручьев: штамповочные, заготовительные и отрубной (нож).
Штамповочные ручьи бывают окончательными (чистовыми) и предварительными (черновыми). Окончательный ручей, обязательный для любого штампа, предназначен для штамповки уже готовой поковки (с облоем). Деформация в нем невелика, что позволяет повысить точность размеров поковки. Остальные ручьи применяют в различных сочетаниях в зависимости от формы поковки.
Предварительный ручей применяют при штамповке поковок сложной формы для уменьшения износа окончательного ручья. Основная деформация, необходимая для получения конечной формы поковки, происходит в предварительном ручье, повторяющем по форме окончательный ручей, но с большими радиусами закруглений и без канавки для заусенца.Заготовительные ручьи предназначены для перераспределения массы заготовки по главным осям поковки согласно распределению массы в поковке. К ним относятся формовочный, пережимной, подкатной, протяжной и гибочный ручьи.
В формовочном ручье заготовке придается форма, приближающаяся к форме поковки в плоскости разъема штампов. При этом площадь поперечного сечения заготовки изменяется незначительно.
Пережимной ручей предназначен для уширения заготовки без ее заметного удлинения. В формовочный и пережимной ручьи заготовка поступает чаще без предварительной обработки, реже — после протяжного ручья. После обработки в формовочном и пережимном ручьях заготовка попадает в штамповочный ручей (предварительный или окончательный).Подкатной ручей позволяет перераспределять объем металла вдоль оси заготовки в соответствии с формой поковки, т.е. увеличивать одни поперечные сечения за счет уменьшения других. Заготовка поступает в подкатной ручей либо без предварительной обработки, либо из протяжного ручья. После каждого удара в подкатном ручье заготовку кантуют. После подкатного ручья заготовка попадает чаще всего в штамповочный ручей, реже — в гибочный или формовочный.
В протяжном ручье площади поперечных сечений отдельных участков заготовки уменьшаются за счет протяжки. В этом ручье обычно осуществляется первая штамповка, после чего заготовка передается в любой другой ручей.
Гибочный ручей придает заготовке форму, соответствующую форме поковки в плоскости разъема штампов, путем гиба. Гибочный ручей может применяться в любой последовательности среди заготовительных ручьев.
Отрубной ручей применяется при штамповке поковки от прутка, т.е. одна заготовка (пруток) служит для последовательной штамповки нескольких поковок. В этом случае готовую поковку отрубают от прутка отрубным ножом.
Рис. 13. Схема многоручьевого штампа
Типичный многоручьевой штамп для изготовления поковки шатуна показан на рис. 13. По оси штампа размещен чистовой ручей 1, справа от него — черновой 2, слева — подкатной 3. В заднем левом углу смонтирован отрубной нож 4. При многоручьевой штамповке экономится металл, повышается точность поковок и стойкость штампов.Расчет массы и размеров исходной заготовки.
Масса исходной заготовки складывается из массы поковки и массы отходов:Qзаг=Qп+Qз+Qуг+Qкл
Qп — масса поковки определяется умножением объема поковки на плотность; объем поковки рассчитывают по номинальным горизонтальным размерам и номинальным вертикальным размерам поковки плюс половина положительного допуска. массу заусенца Qз определяют по формуле:
Qз=(0,75-0,8)*Sзк*pn*pгде Sзк — площадь поперечного сечения заусенечной канавки, pn — периметр поковки в плоскости разъема.
Массу угара Qуг берут в зависимости от способа нагрева: при нагреве в мазутной печи масса угара составляет 2-3% от массы заготовки, в газовой печи — 1,5-2%, при электронагреве — 0,5-1%.
Qкл — масса клещевины — участка для захвата заготовки клещами, определяет в зависимости от диаметра заготовки или от тянутой под клещевину части заготовки.
Размеры заготовки определяют в зависимости от способа штамповки. При штамповке поперек оси заготовки (плашмя) длина заготовки равнаlзаг=ln*Kгде ln — длина поковки; К — коэффициент, зависящий от вида штамповочного ручья, изменяется в пределах 1,02-1,3. Площадь поперечного сечения заготовки равна:Sзаг=Vзаг/lзаггде Vзаг — объем заготовки.При штамповке вдоль оси, т.е. при наличии осадки, соотношение высоты заготовки к диаметру должно удовлетворять соотношению1,27<Hзаг/Dзаг<2,5 Обычно Hзаг/Dзаг=2Деаметр поперечного сечения заготовки:Dзаг=((4*Vзаг)/пK)1/3
После определения Dзаг выбирают ближайший большой размер по ГОСТу и вычисляют скорректированную длину заготовки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Башнин Ю. А., Ушаков Б. К., Секей А. Г. Технология термической обработки. – М.: Металлургия, 1986.2. Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1989.3. Гуляев А. П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986.4. Дальский А. М. и др. Механическая обработка материалов. М., 1981.5. Дриц М. Е., Москалев М. А. Технология конструкционных материалов и материаловедение. – М.: Высш. шк., 1990.6. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений: учебное пособие. 2е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1974.7. Орлов П.Н. и др. Краткий справочник металлиста. М., 1986.8. ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986.9. Климов В.Я. Проектирование технологических процессов изготовления отливок: Учебное пособие. – Новокузнецк: СМИ, 1987.10. ГОСТ 1412-85 Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.
kursach37.com
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет СПО «Материаловедение» Методические рекомендации по выполнению контрольной работы 1 курс Специальность: 23.02.03 «Техническое обслуживание и
Контрольные вопросы для самопроверки 1.1. Строение металлов и сплавов. Кристаллизация металлов 1. В чем сущность металлического типа связи? 2. Что такое полиморфизм? 3. Что такое параметр кристаллической
1.Пояснительная записка Программа предмета "Материаловедение" составлена в соответствии с требованиями, предъявляемыми к технику- механику по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей и двигателей
Бюджетное профессиональное образовательное учреждение Удмуртской республики «Кизнерский сельскохозяйственный техникум» ПРОГРАММА ПРЕДМЕТА «МАТЕРОАЛОВЕДЕНИЕ» Разработал мастер ПО Семеновых Е.А. 2013 г Программа
Пояснительная записка Содержание заданий в контрольной работе соответствует рабочей программе учебной дисциплины принадлежащей к профессиональному циклу дисциплин и направлена на обеспечение у обучающихся
Факультет "Техники и технологии" Кафедра "Промышленное и гражданское строитеольство" Т.В.Калдышкина Технология конструкционных материалов Учебное пособие для выполнения самостоятельной работы студентов-заочников
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ И СВОЙСТВА ЧУГУНОВ Цель работы 1. Изучить природу превращений в чугунах при охлаждении. 2. Изучить микроструктуру и механические свойства чугунов. Задание
Кировское областное государственное образовательное автономное учреждение среднего профессионального образования «Омутнинский государственный политехнический техникум» ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ОП 03.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЁЖНОЙ ПОЛИТИКИ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «КУРСАВСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ «ИНТЕГРАЛ» Утверждаю: Зам. директора
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ТОЧЕК В СТАЛИ 40 МЕТОДОМ ПРОБНЫХ ЗАКАЛОК Цель работы 1. Ознакомиться с методикой определения критических точек стали по изменению ее твердости после закалки.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Материаловедение (базовая подготовка) 04 г. Рабочая программа учебной дисциплиныразработана на основе Федеральных государственных образовательных стандартов (далее
СОДЕРЖАНИЕ Введение............................................ 5 Лабораторная работа 1 Механические свойства сплавов......................... 8 1.1. Сплавы и их маркировка........................ 8 1.2.
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» ПРОГРАММА вступительных экзаменов магистерских программ
Государственное бюджетное учреждение Калининградской области профессиональная образовательная организация «Полесский техникум профессиональных технологий» ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Содержание разделов дисциплины Раздел «Материаловедение» Тема 1. Основы строения и свойства металлов 1.1. Структура металлов Характерные признаки агрегатных состояний вещества. Основные типы кристаллических
Государственное профессиональное образовательное учреждение Тульской области «Донской политехнический колледж» МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ для выполнения самостоятельной работы по дисциплине Материаловедение
Департамент образования и науки Кемеровской области Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Яшкинский техникум технологий и механизации» РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной
Лекция МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. МЕТАЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ Лектор: Беда Наталья Павловна 1 Материаловедение Материаловедение наука,
Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ БРАТСКИЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫЙ КОЛЛЕДЖ Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Братский государственный университет»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" Институт
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ухтинский государственный технический университет» Индустриальный институт (СПО) КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
Пояснительная записка Методические указания содержат материал некоторых разделов дисциплины «Материаловедение» для самостоятельного получения знаний и дальнейшей реализации их в работе. В результате выполнения
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Р А Б О Ч А Я П Р О Г Р А М М А по дисциплине «Материаловедение»
1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ «ОП.05 Материаловедение» 1.1. Область применения программы Рабочая программа является частью программы подготовки специалистов среднего звена (ППССЗ) в соответствии
2 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. Цель дисциплины Дисциплина "Материаловедение" относится к циклу общепрофессиональных дисциплин и имеет своей целью: изучение природы и свойств машиностроительных конструкционных
docplayer.ru
Чебоксарский институт экономики и менеджмента
Кафедра математики и информационных технологий
Контрольная работа
Вариант - 2
По курсу « Материаловедение и ТКМ»
Содержание
Введение 3
I. Производство стали в мартеновских печах 4
1.1 Мартеновский процесс 4
II. Литейные свойства сплавов 7
Заключение 13
III. Задание 14
Список используемой литературы 15
Введение
Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д. И. Менделеева.
Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.
Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей. Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь – важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д. Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы.
I.Производство стали в мартеновских печах
1.1 Мартеновский процесс
Мартеновский процесс был разработан в 1865 г. французскими металлургами отцом Э. Мартеном и сыном П. Мартеном.
Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной регенеративной печью.
Рисунок . . Схема мартеновской печи:
1, 2 - газовые и воздушные регенераторы; 3,4 -газовые и воздушные каналы в головке печи; 5 - рабочее пространство печи; 6 -подина печи; 7 - свод печи; 8 -завалочные окна
Сущность мартеновского процесса состоит в переработке чугуна и металлического лома на паду отражательной печи. В мартеновском процессе в отличие от конвертерного не достаточно тепла химических реакций и физического тепла шихтовых материалов. Для плавление твердых шихтовых материалов, для покрытия значительных тепловых потерь и нагрева стали до необходимых температур в печь подводиться дополнительное тепло, получаемое путем сжигания в рабочем пространстве топлива в струе воздуха, нагретого до высоких температур.
Для обеспечение максимального использования подаваемого в печь топлива (мазут или предварительно подогретые газы) необходимо, чтобы процесс горения топлива заканчивался полностью в рабочем пространстве. В связи с этим в печь воздух подается в количестве, превышающем теоретически необходимое. Это создает в атмосфере печи избыток кислорода. Здесь также присутствует кислород, образующийся в результате разложения при высоких температурах углекислого газа и воды.
Таким образом, газовая атмосфера печи имеет окислительный характер, т. е. в ней содержится избыточное количество кислорода. Благодаря этому металл в мартеновской печи в течение всей плавки подвергается прямому или косвенному воздействию окислительной атмосферы.
Для интенсификации горения топлива в рабочем пространстве часть воздуха идущего на горение, может заменяться кислородом. Газообразный кислород может также подаваться непосредственно в ванну (аналогично продувке металла в конвертере).
В результате этого во время плавки происходит окисление железа и других элементов, содержащихся в шихте. Образующиеся при этом оксиды металлов FeO, Fe2O3, MnO, CaO, P2O5, SiO2 и др. Вместе с частицами постепенно разрушаемой футеровки, примесями, вносимыми шихтой, образуют шлак. Шлак легче металла, поэтому он покрывает металл во все периоды плавки.
Шихтовые материалы основного мартеновского процесса состоят, как и при других сталеплавильных процессах, из металлической части (чугун, металлический лом, раскислители, легирующие) и неметаллической части (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит).
Чугун может применятся в жидком виде или в чушках. Соотношение количества чугуна и стального лома в шихте может быть различным в зависимости от процесса, выплавляемых марок стали и экономических условий.
По характеру шихтовых материалов основной мартеновский процесс делиться на несколько разновидностей, наибольшее распространение из которых получили скрап-рудный и скрап-процессы.
При скрап-рудном процессе основную массу металлической шихты (от 55 до 75 %) составляет жидкий чугун. Этот процесс широко применяется на заводах с полным металлургическим циклом.
При скрап-процессе основную массу металлической массы шихты (от 55 до 75 %) составляет металлический лом. Чугун (25 - 45 %), как правило, применяется в твердом виде. Таким процессом работают заводы, на которых нет доменного производства.
II. Литейные свойства сплавов
Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полую форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердевания металла в форме получается отливка — заготовка или деталь. Отливки широко применяют в машиностроении, металлургии и строительстве.
Можно получать отливки различной массы (от нескольких граммов до сотен тонн), простой и сложной формы из чугуна, стали, сплавов меди и алюминия, цинка и магния и т.д. Особенно эффективно применение отливок для получения фасонных изделий сложной конфигурации, которые невозможно или экономически нецелесообразно изготавливать другими методами обработки металлов (давлением, сваркой, резанием), а также для получения изделий из малопластичных металлов и сплавов.
При всем разнообразии приемов литья, сложившихся за длительный период развития его технологии, принципиальная схема технологического процесса литья практически не изменилась за более чем 70 веков его развития и включает четыре основных этапа: плавку металла, изготовление формы, заливку жидкого металла в форму, извлечение затвердевшей отливки из формы.
До середины нашего столетия литейный способ считался одним из важнейших методов получения фасонных заготовок. Масса литых деталей составляла около 60 % от массы тракторов и сельскохозяйственных машин, до 70 % — прокатных станов, до 85 % — металлорежущих станков и полиграфических машин. Однако наряду с такими достоинствами литейного производства, как относительная простота получения и низкая стоимость отливок (особенно из чугуна), возможность изготовления сложных деталей из хрупких металлов и сплавов, он имеет и ряд существенных недостатков: прежде всего довольно низкая производительность труда, неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок, а следовательно, и их более низкие, чем заготовок, полученных обработкой давлением, прочностные характеристики.
За годы XI пятилетки в СССР значительно возрос выпуск литейного оборудования. Освоено производство автоматических линий формовки, заливки и выбивки отливок, созданы комплекты современного смесеприготовительного оборудования, освоен выпуск целой гаммы машин для специальных способов литья, существенно возрос уровень механизации и автоматизации технологических процессов.
Основными направлениями экономического развития СССР на период до 2000 года предусматривается значительное ускорение развития машиностроения. Немалый вклад в решение поставленных задач может внести реконструкция и модернизация литейного производства, замена устаревшего оборудования высокопроизводительными литейными автоматами и полуавтоматами, робототехническими комплексами. Большой резерв экономии металла, снижения материалоемкости продукции машиностроения состоит в увеличении доли литья из легированных сталей и высокопрочного чугуна, а также точного литья, получаемого специальными способами.
Важнейшие свойства сплавов: высокая жидкотекучесть, малая усадка, небольшая склонность к образованию литейных напряжений, незначительная ликвация примесей, мелкокристаллическое строение.
Жидкотекучесть. Способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и стержней называют жидкотекучестью. О жидкотекучести сплавов судят по длине (в см) заполненной части формы. Жидкотекучесть сплавов увеличивается с повышением температуры перегрева сплава. Однако во избежание появления брака по усадке, пригару формовочной смеси и трещинам температура сплава при заливке форм должна быть умеренно высокой.
Усадка. Процесс уменьшения линейных размеров и объема жидкого сплава в форме при охлаждении называют усадкой. В литейном производстве различают объемную и линейную усадку сплавов.
Объемной усадкой называют разность между объемом полости формы и объемом отливки после ее охлаждения. Линейной усадкой называют разность между линейными размерами формы и остывшей отливки.
В практике литейного производства усадку обычно выражают в процентах по отношению к первоначальному объему жидкого сплава (объемная усадка) или к первоначальным линейным размерам в полости формы (линейная усадка). Величина усадки зависит от химического состава сплава. Так, повышение содержания углерода и кремния и уменьшение содержания марганца и серы в чугуне приводят к уменьшению усадки.
Для борьбы с линейной усадкой следует размеры модели делать больше размеров отливки на величину литейной усадки. Борьба же с усадочными раковинами и пористостью более трудна. К основным
мерам предупреждения усадочных раковин и пористости относятся:
достаточное питание отливки путем увеличения сечения литниковой
системы, установка прибылей, применение холодильников, улучшение конструкции отливки.
Литейные напряжения. В отливке в процессе ее остывания в форме возникают литейные напряжения: вследствие неравномерной усадки — усадочные напряжения; ввиду неодинаковой скорости остывания отдельных частей отливки — термические напряжения; в связи с изменением кристаллического строения отливки — фазовые напряжения.
Усадке практически всегда в той или иной степени препятствуют болваны, стержни и т. п., и поэтому в разных частях отливки получается неравномерная усадка.
В некоторых сплавах в процессе охлаждения изменяются структура и размеры отдельных зерен, вследствие чего увеличивается или уменьшается объем отливок. Эти изменения в тонких и толстых частях отливки совершаются в разное время.
Литейные напряжения в отливках, вызванные этими явлениями, могут привести к образованию горячих и холодных трещин, короблению отливки.
Ликвация. При затвердевании сплава, залитого в форму, на протяжении всего времени его остывания происходит процесс выравнивания химического состава по всему сечению отливки. Однако этот процесс протекает медленно, вследствие чего в отдельных частях отливки, а также в отдельных зернах сплава, наблюдается химическая неоднородность, называемая ликвацией. Обычно ликвация обусловливается тем', что отдельные составляющие сплава, имеющие неодинаковую плотность и различные температуры затвердевания, отделяются от основной массы сплава как в жидком состоянии, так и при его затвердевании.
Ликвация уменьшается при понижении температуры и скорости заливки, а также при ускорении затвердевания отливки. Наибольшей склонностью к ликвации отличаются сплавы с большим содержанием свинца.
Строение (структура) сплавов. Наилучшие свойства имеют сплавы в том случае, когда их структура получается мелкокристаллической и без промежуточных пленок, ослабляющих связь между отдельными кристаллами (или группами кристаллов). Обычно в литейных сплавах рассматриваются не отдельные кристаллы, которые очень малы, а группы кристаллов, образующие кристаллиты или зерна.
Уменьшение размеров зерен сплава достигается понижением температуры и скорости заливки и в особенности увеличением скорости охлаждения при затвердевании отливки. Для того чтобы придать сплаву мелкозернистую структуру, в него вводят особые добавки — модификаторы.
Механические свойства стали 25Л
Прочность на растяжение: 
;
Предел текучести: 
;
Относительное удлинение 20%;
НВ= 143;у=58%.
Сталь 25Л имеет небольшое количество углерода и из-за этого высокую температуру плавления, для того, чтобы процесс заливки происходил нормально, сталь нужно нагреть до температуры примерно 1560° С.
Химический состав стали 25Л
|
Элемент |
Mn |
Si |
P |
Cr |
Ni |
Cu |
S |
C |
|
Содержание % |
0,35-0,90 |
0,22-0,90 |
|
|
0,3 |
0,3 |
0,045 |
0,22-0,3 |
Сталь 25Л имеет ферритно-перлитную структуру.
Влияние примесей на свойства стали
Марганец вводится в сталь для раскисления и остаётся в ней в количестве 0,3...0,8%. Мn уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
Кремний - полезная примесь, вводится в сталь в качестве активного раскислителя в количестве до 0,4%.
Сера – вредная примесь, вызывает красноломкость стали, в стали она находится в виде сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления и располагающуюся по границам зёрен, при горячей деформации границы зерен оплавляются и сталь хрупко разрушается. От красноломкости предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS исключающие образование легкоплавкой эвтектики..
Фосфор – вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но снижает вязкость при пониженных температурах.
Заключение
Человек с самого раннего возраста привыкает к окружающим его металлическим предметам домашнего обихода. Мы к ним настолько привыкли, что не замечаем и не задумываемся, откуда они берутся.
Современную жизнь нельзя представить без таких металлов и сплавов, как чугун, сталь, алюминий, медь, титан, бронза, золото, серебро и др. Будущее человечества тесно связано с использованием новых сплавов и металлов на металлической основе. Металл – фундамент современной цивилизации, основа основ технического прогресса. И чем выше поднимается человечество по ступеням развития, тем больше его нужда в металлах.
Большинство металлов, из которых изготовляются сплавы, находится в земной коре не в чистом виде, а в химическом соединении с другими элементами. Такие природные соединения металлов, содержащие различные посторонние примеси, называются рудами. Из этих руд после их подготовки на металлургических заводах получают чистые металлы или сплавы.
Фасонные отливки из различных сплавов применяются во всех отраслях промышленности, строительства и быта. Особенно велика роль фасонных отливок в машиностроении. Область применения литых деталей все время расширяется.
Стальные литые детали используют в труднейших условиях эксплуатации - при вибрационных и знакопеременных нагрузках, в разных агрессивных средах .Надёжность применения литых деталей проверена в течение многих лет эксплуатации различных машин и оборудования. Технический прогресс вызвал повышение требований к качеству литых детале
III.Задание
Как называется обрабока ,состоящая в насыщении поверхности стали азотом и углеродом в газовой среде?
D) Нитроцементация.
Список использованной литературы.
1. В.Г. Антипин, С.З. Афонин, Л.К. Косырев "О направлении развития и структуре сталеплавильного производства", "Сталь" №3 1993 г.
2. Дмитрий Леонтьев "Черная металлургия России не ждет помощи от государства", "Финансовые известия" №45 1993 г.
3. О.Н. Сосковец "Техническое перевооружение и развитие металлургии в России", "Сталь" №6 1993 г.
4. В.И. Явойский и другие "Металлургия стали", "Металлургия", 1983 г.
5. П.П. Арсентьев и другие "Конвертерный процесс с комбинированным дутьем", "Металлургия", 1991 г.
6. М.П. Клюев "Лекции по металлургии стали", С.С. Аникушин, Москва, 1993 г.
7. Марочник сталей и сплавов, Машиностроение, 1989 г.
znakka4estva.ru
Федеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Контрольная работа
по дисциплине: «Материаловедение»
Вариант 5
выполнил: студент группы 660262с
Бачев А.В.
проверил:
Тула 2009
Задание 1.
Режим термической обработки пружин из стали 70.
Температура закалки 800-1100 С
Охлаждающая среда вода или масло
Температура отпуска 420-520 С
При достижении температуры Ас1 в стали начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому по завершении превращения аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется время. Поскольку в каждой перлитной колонии зарождается несколько центров кристаллизации аустенита, превращение при температуре Ас1 сопровождается измельчением зерна стали. Число зарождающихся кристаллов аустенита возрастает с увеличением дисперсности перлита и скорости нагрева.
Закаленная на мартенсит сталь имеет невысокий предел упругости. Он заметно повышается при отпуске, когда образуется структура троостита. В этой структуре феррит из-за сильного фазового наклепа имеет высокую плотность малоподвижных дислокаций, которые блокируются карбидными частицами. Поэтому троостит отличается стабильной структурой. Так же обеспечивается повышение пластичности и вязкости, что важно для снижения чувствительности к концентраторам напряжений и увеличения предела выносливости.
Пружины и рессоры испытывают в работе многократные знакопеременные нагрузки и после снятия нагрузки должны полностью восстанавливать свои первоначальные размеры. Достаточно хорошей пластичности, высокими пределами упругости и выносливости и высокой релаксационной стойкостью, а при работе в агрессивных средах. Не менее важны для металла пружин и рессор также технологические свойства — малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию в процессе термической обработки, глубокая прокаливаемость, низкая критическая скорость закалки, малая чувствительность к отпускной хрупкости. Высокие свойства (максимальные пределы упругости и выносливости) пружины и рессоры имеют при твердости HRC 40—45 (структура—троостит), которая достигается после закалки (с равномерным и полным мартен ситным превращением по всему объему металла) и среднего отпуска при 400—500° С (в зависимости от стали). Охлаждают пружины в масле. Охлаждать пружины в воде во избежание появления трещин не рекомендуется. В случае необходимости закалки в воде выдержка должна быть не более 1—З сек, с последующим охлаждением в масле. Перед отпуском пружины очищают от масла промывкой в содовом растворе или тщательной протиркой в опилках. Не удаленное с пружин масло при отпуске вспыхивает я изменяет условия отпуска, что приводит к неравномерному нагреву и заниженной твердости. Отжиг крайних витков производится в свинцовой ванне или же на точилах при их заправке.Крупные пружины перед отпуском надевают на трубы для устранения коробления.
Задание 2.
Химический состав стали Р6М5: C: 0.82 – 0.9 % ; W: 5.5 – 6.5 %; Mo: 4.8 – 5.3 %; Cr: 3.8 – 4.4 % ; V: 1.7 – 2.1 %; Co:не более 0.5 %; S:не более 0.025 %; P: не более 0.03 %; Si: не более 0.5 %; Mn: не более 0.5 %; Ni: не более 0.4 %.
Сталь относится к инструментальным материалам (быстрорежущие стали).
Температура закалки – 1210-1230 С;
Температура отпуска – 540-560 С;
Охлаждающая среда – на воздухе или в масле;
По структуре быстрорежущие стали относятся к ледебуритному классу. В литом виде они имеют ледебуритную эвтектику, которую устраняют горячей деформацией путем измельчения первичных карбидов. При недостаточной проковке возникает карбидная ликвация – местное скопление карбидов в виде участков неразрушенной эвтектики. Карбидная ликвация снижает стойкость инструмента и увеличивает его хрупкость. Деформированную сталь для снижения твердости подвергают изотермическому отжигу. Структура отожженных сталей состоит из сорбитообразного перлита, вторичных и более крупных первичных карбидов. Общее количество карбидов составляет 22%. В карбидах содержится 80-95% процентов вольфрама и ванадия и 50% хрома.
Высокие эксплуатационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и трехкратного отпуска. Особенность закалки быстрорежущих сталей – высокая температура нагрева. Она необходима для получения теплостойкости – получения после закалки высоколегированного мартенсита в результате перехода в раствор максимального количества специальных карбидов. При температуре 1300 С достигается предельное насыщение аустенита – в нем растворяется весь хром, около 8% W, 1 % V и 0,4-0,5% C.
Быстрорежущие стали по структуре после нормализации относятся к мартенситному классу. После закалки достигается максимальная твердость(HRC 60-62). В процессе выдержки при отпуске из мартенсита и остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды М6С. Аустенит обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится мене устойчивым и при охлаждении ниже 200 С испытывает мартенситное превращение.
Задание 3.
Состав стали 110Г13 – примерно 1,1% С и 13% Mn.
Сталь относится к материалам, устойчивым к изнашиванию в условиях больших давлений и ударных нагрузок.
Высокая износостойкость стали обусловлена способностью аустенита к сильному деформационному упрочнению (наклепу).
Износостойкость стали 110Г13 максимальна, когда она имеет однофазную структуру аустенита. Такую структуру обеспечивают закалкой в воде, при температуре 1100 С. После закалки сталь имеет низкую твердость (НВ 2000) и высокую вязкость. Если такая сталь во время работы испытывает только абразивное изнашивание, то оказывается не износостойкой. В условиях же ударного воздействия в поверхностном слое стали образуется большое количество дефектов кристаллического строения (дислокаций, дефектов упаковки). В результате твердость поверхности повышается до НВ 6000, и сталь становится износостойкой.
Задание 4.
Состав сплава МЛ5 – 0,15-0,5% Mn; 0,2-0,8% Zn; 7,5-9% Al;
Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и способность воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки. При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623 С на воздухе легко воспламеняется. Это затрудняет плавку и разливку магния и его сплавов. Низкая пластичность магния при температуре 20-25 С объясняется тем, что в металлах с гексагональной кристаллической решеткой скольжение происходит только по базисным плоскостям. В связи с этим обработку давлением магния проводят при температуре 350-450 С в состоянии наибольшей пластичности. Достоинством магния является высокая удельная прочность 250-400 мПа. Механические свойства сплавов магния улучшаются при легировании алюминием, цинком, цирконием.
Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, легко шлифуются и полируются. Высокие скорости резания и небольшой расход энергии способствуют снижению стоимости обработки резанием деталей из магниевых сплавов по сравнению с другими сплавами. Они хорошо свариваются контактной, роликовой и дуговой сваркой.
К недостаткам магниевых сплавов, наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости, следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении. Плавку и разливку магниевых сплавов ведут под специальными флюсами.
Механические свойства при Т=20oС материала МЛ5 .
Сортамент
Размер
Напр.
в
T
5
KCU
Термообр.
-
мм
-
МПа
МПа
%
%
кДж / м2
-
250-255
90-120
4-9
1.6-15
50
Твердость материала МЛ5 ,
HB 10 -1 = 25 МПа
Литейно-технологические свойства материала МЛ5 .
Температура кристаллизации, °C :
600 - 430
Температура литья, °C :
720 - 800
Линейная усадка, % :
1.1 - 1.3
Задание 5.
Полиуретаны являются универсальным материалом: на их основе изготавливают эластичные, полужесткие и жесткие материалы. Полиуретаны перерабатывают практически всеми существующими технологическими методами: экструзией, прессованием, литьем, заливкой на стандартном оборудовании. На их основе получают все известные типы полимерных материалов и изделий: наполненные, армированные, вспененные, ламинированные, листовые, в виде плит, блоков, профилей, панелей, волокон, пленок. Изделия из полиуретанов могут быть как прозрачные, так и окрашенные в разнообразные цвета.
Свойства полиуретанов
Полиуретановые эластомеры характеризуются высокими значениями прочности и сопротивления раздиру, износостойкостью, устойчивостью к набуханию в различных маслах и растворителях, а также озоно- и радиационностойкостью. Сочетание высокой эластичности с широким диапазоном твердости определяет превосходные эксплуатационные свойства изделий на их основе.
Особенность полиуретанов - исключительно высокие физико- механические свойства, по некоторым параметрам превосходящие не только все типы резин, каучуков, но и металлы. Полиуретан придает изделиям такие полезные свойства, которые недостижимы для обычных резин. Во-первых, это повышенное значение твердости, что позволяет использовать полиуретан для изделий, работающих с особо сильным механическим нагружением, например, для валов холодной прокатки или гибки стали. Во-вторых, непревзойденная износостойкость и абразивная стойкость. Литьевые полиуретаны превосходят резины, пластики и металлы по своей абразивной стойкости в несколько раз. В-третьих, при повышенной твердости полиуретан сохраняет высокую эластичность, предел деформации при разрыве обычно не менее 350%. Это обеспечивает очень высокое значение прочности- до 50 МПа. В условиях постоянной динамической нагрузки верхним пределом высокой температуры эксплуатации полиуретанов является 120С. Низкие температуры не оказывают особого влияния на свойства полиуретановых эластомеров до -70С.
Полиуретаны обладают высокими диэлектрическими свойствами, имеют отличную стойкость к маслам и растворителям, не склонны к озоновому старению, имеют высокую стойкость к микроорганизмам и плесени.
Применение полиуретанов
Наиболее широкое применение в промышленности получили литьевые полиуретановые эластомеры, из которых изготовляют как крупногабаритные изделия, так и изделия средних размеров: массивные шины для внутризаводского транспорта, надежность которых в 6-7 раз больше, чем шин из углеводородных каучуков; детали устройств для транспортирования абразивного шлама, флотационных установок, гидроциклонов и трубопроводов, применяемых в горнодобывающей промышленности. Литьевые ПУ эластомеры используют также для получения приводных ремней в ткацких машинах, конвейерных лент, разнообразных уплотнительных деталей, деталей машин, валиков для текстильной и бумажной промышленности, уплотнений гидравлических устройств и масляно-пневматических амортизаторов железнодорожного транспорта. ПУ термоэластопласты наиболее широко применяются в автомобилестроении. Из них изготавливают подшипники скольжения рулевого механизма, элементы для передней подвески, вкладыши рулевых тяг, самосмазывающиеся уплотнения, топливостойкие клапаны, маслостойкие детали. Благодаря своим ценным свойствам, применение полиуретана экономически выгодно в широком спектре отраслей промышленности, в том числе при производстве опорных элементов, уплотнительных колец, покрытий валов, колес и роликов.
Список литературы.
Арзамасов Б.А. Материаловедение.
Пейсахов А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов.
Зуев В.М. Термическая обработка металлов.
Тылкин М.А. Справочник термиста.
globuss24.ru
0,04
