ФИМ / ТНГМ / Ответы на экзамен по ТКМ
(автор - student, добавлено - 28-11-2012, 14:26)
СКАЧАТЬ:
билет 1. 1.значения и задачи материаловедения. Используемые в технике металлы принято подразделять на две основные группы — черные и цветные. К черным металлам относят железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы). Остальные металлы и их сплавы составляют группу цветных. В общемировом производстве металлов свыше 90% приходятся на железо и его сплавы. Это объясняется ценными физическими и механическими свойствами черных металлов, а также и тем, что железные руды широко распространены в природе, а производство чугуна и стали сравнительно дешево и просто.Наряду с черными металлами важное значение в технике имеют цветные металлы. Это объясняется рядом важных физико-химических свойств, которыми не обладают черные металлы. Наиболее широко используют в самолетостроении, радиотехнике, электронике и в других отраслях промышленности медь, алюминий, магний, никель, титан, вольфрам, а также бериллий, германий и другие цветные металлы.Пластмассы и другие неметаллические материалы используют в конструкциях машин и механизмов взамен металлов и сплавов. Такие материалы позволяют повысить сроки службы деталей и узлов машин и установок, снизить массу конструкций, сэкономить дефицитные цветные металлы и сплавы, снизить стоимость и трудоемкость обработки.Рациональный выбор материалов и совершенствование технологических процессов их обработки обеспечивают надежность конструкций, снижают себестоимость и повышают производительность труда. Прикладную науку о строении и свойствах технических материалов, основной задачей которой является установление связи между составом, структурой и свойствами, называют материаловедением. 2.превращеня в стали при нагреве. Нагрев стали при термической обработке используют для получения аустенита. Структура доэвтектоидной стали при нагреве ее до критической точки Ас, состоит из зерен перлита и феррита. В точке Ас, происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве отточки Ас, до Ас3 избыточный феррит растворяется в аустените, и в точке Ас3 (линия GS) превращения заканчиваются. Выше точки Ас3 структура стали состоит из аустенита. Таким же образом происходят превращения при нагреве заэвтектоидной стали, но с той лишь разницей, что при дальнейшем повышении температуры отточки Ас, до точки Аст в аустените начинает растворяться избыточный цементит (вторичный). Выше точки Аст (линия SE) структура состоит только из аустенита. Вновь образовавшийся аустенит неоднороден даже в объёме одного зерна. В тех местах, где раньше были пластинки цементита, содержание углерода значительно больше, чем в тех местах, где находились пластинки феррита. 3. Алюминий - легкий металл серебристо-белого цвета с высокой электро- и теплопроводностью; плотность его 2700кг/м\ температура плавле-; ния в зависимости от чистоты колеблется в пределах 660-667°С. В ото-' жженном состоянии алюминий имеет малую прочность (ав=80-100-МПа^низкую твердость (НВ 20-40), но обладает высокой пластичностью (8=35-40%).Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо поддается резанию. Имеет высокую стойкость против атмосферной коррозии и в пресной воде. На воздухе алюминий быстро окисляется, покрываясь тонкой плотной пленкой окиси, которая не пропускает кислород в толщу металла, что и обеспечивает его защиту от коррозии. Деформируемые алюминиевые сплавы. Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, фасонных профилей, проволоки и различных деталей штамповкой, прессованием, ковкой. Деформируемые сплавы разделяют на сплавы, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Деформируемые сплавы, подвергаемые механической и термической обработке, имеют буквенные обозначения, указывающие на характер обработки.Термически не упрочняемые сплавы АМr3M,AMr3H - это сплавы алюминия с марганцем (Амц) и алюминия с магнием и марганцем (Амг). Они обладают умеренной прочностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и пластичностью.Термически упрочняемые сплавы Д16А,Т приобретают высокие механические свойства и хорошую сопротивляемость коррозии только в результате термической обработки. Наиболее распространены сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем (дюралюмины) и алюминия с медью, магнием, марганцем и цинком (сплавы высокой прочности). билет 2. 2. Превращения в стали при охлаждении. Аустенит является устойчивым только при температуре выше 727°С (точка Аг,). При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния (ниже точки Аг,),аустенит становится неустойчивым - начинается его превращение. Такое превращение может начаться только лишь при некотором переохлаждении аустенита. На диаграмме изотермического превращения в зависимости от степени переохлаждения различают три температурные области превращения: перлитную, бейнитную и мартенситную. В точке а начинается перлитное превращение. Диффузионный распад аустенита продолжается до точки b (пересечение горизонтали 700°С с кривой II), где происходит превращение аустенита в перлит. Перлитом называют механическую смесь кристаллов феррита и цементита; сорбитом - более мелкую (дисперсную), чем перлит, механическую смесь феррита и цементита. При охлаждении образца до 500°С, аустенит превращается в троостит. Троостит представляет собой очень тонкую смесь феррита и цементита; Мартенситное превращение При резком переохлаждении угле-родне успевает выделиться изтвердого раствора (аустенита) в виде частичек цементита, В этом случае происходит только перестройка решетки у-же-леза в решетку а-железа. Атомы углерода остаются в решетке ос-железа (мартенсите) и поэтому сильно ее искажают.Такую искаженную кристаллическую решетку называют тетрагональной. Бейнитное (промежуточное) превращение при изотермической выдержке углеродистых сталей происходит в интервале температур ~500-250°С с образованием структуры, называемой бейнитом. Бейнит представляет собой двухфазную смесь кристаллов феррита и цементита. Это превращение характеризуется сочетанием как перлитного (диффузионного), так и мартенситного (бездиффузионного) превращения. 3. Алюминий - легкий металл серебристо-белого цвета с высокой электро- и теплопроводностью; плотность его 2700кг/м\ температура плавле-; ния в зависимости от чистоты колеблется в пределах 660-667°С. В ото-' жженном состоянии алюминий имеет малую прочность (ав=80-100-МПа^низкую твердость (НВ 20-40), но обладает высокой пластичностью (8=35-40%).Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо поддается резанию. Имеет высокую стойкость против атмосферной коррозии и в пресной воде. На воздухе алюминий быстро окисляется, покрываясь тонкой плотной пленкой окиси, которая не пропускает кислород в толщу металла, что и обеспечивает его защиту от коррозии. Литейные алюминиевые сплавы. предназначены для изготовления фасонных отливок. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюминий с магнием (АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.).Алюминиевые литейные сплавы маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава. Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. Силумины обладают высокими механическими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью,лебрлУ-шой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость.Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа дитья и вида термической обработки. Важное значение при литье имеет скорость охлаждения затвердевающей отливки и скорость охлаждения ее при закалке. В общем случае увеличение скорости отвода тепла вызывает повышение прочностных свойств. билет 3. 1.качество мтер. и меоды. Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.Твердость металла определяют способами Бринелля, Роквелла и Виккерса. Способ Бринелля в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой стальной закаленный шарик.За меру твердости НВ принимают отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка диаметром d и глубиной t, который образуется при вдавливании силой Р шарика диаметра D.Числовое значение твердости определяют так: измеряют диаметр отпечатка с помощью оптической лупы (с делениями) и по полученному значению находят в таблице соответствующее число твердости. Для ТВ. м-ов применяют способ Роквелла. В образец вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм.Значение твердости определяют по глубине отпечатка h и отсчитывают по циферблату индикатора, установленному на приборе. Во всех случаях предварительная нагрузка Р0 равна 100 Н.При испытании металлов с высокой твердостью применяют алмазный конус и общую нагрузку Р==Р(>-ЬР|— 1500 Н. Твердость отсчитывают по шкале "С" и обозначают HRC. способом Виккерса в качестве вдавливаемого в материал наконечника используют четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136°. При испытаниях применяют нагрузки от 50 до 1000 Н.Числовое значение твердости определяют так: замеряют длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки и с помощью микроскопа и по полученному среднему арифметическому значению длины диагонали находят в таблице соответствующее число твердости. Пример обозначения твердости по Виккерсу - HV 500. 2. Цементация - процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя углеродом при нагреве в соответствующей среде. Цементация придает поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повышает предел выносливости при изгибе и кручении. Цементируют детали, работающие в условиях трения, при больших давлениях и циклических нагрузках - шестерни, поршневые пальцы, распределительные валы и др.Для цементации используют низкоуглеродистые стали (0,1-0,3% С), т.е. стали марок 10, 15, 20, А12, А20, СтЗ, 15Х, 25ХГМ и др. При цементации деталь нагревают без доступа воздуха до 930-950°С в науглероживающей среде (твердой, жидкой или газообразной), выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов, а затем медленно охлаждают. После этого ее подвергают нормализации, закалке и отпуску. 3. Получение меди и ее сплавов. В настоящее время медь получают из сул ь-фидныхруд, содержащих медный колчедан (CuFeS2).сначала обжигают для снижения содержания серы, а затем плавят на медный штейн. Медные штейны переплавляют в медеплавильном конвертере с продувкой воздухом и получают черновую медь, Черновую медь рафинируют для удаления примесей. Чистую медь применяют для электротехнических целей и поставляют в виде полуфабрикатов — проволоки, прутков, лент, листов, полос и труб. Различают три группы медных сплавов: латуни, бронзы, сплавы меди с никелем.Латуни. ЛатуНями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. Сплав обозначают начальной буквой Л — латунь. Затем следуют первые буквы основных элементов образующих сплавов: Ц — цинк, О олово, Мц- марганец, Ж-железо, Ф-фосфор, Б-бериллий и т.д. Цяфры, следующие за буквами, указывают на количество легирующего элемента в процентах. Например, ЛАЖМц66-6-3-2 алюминиевожелезомарганцо-вистая латунь, содержащая 66% меди, 6% алюминия, 3% железа, и 2% марганца, остальное — цинк.деформируемые латуни выпускают в виде простых латуней, например Л90 (томпак), Л80 (полутомпак), и сложных латуней, например ЛАЖ60-1-1, ЛС63-3 и др. Латуни поставляют в виде полуфабрикатов - проволоки, прутков, лент, полос, листов, труб и других видов прокатных и прессованных изделий. Латуни широко применяют в общем и химическом машиностроении. билет 4 1. Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок оценивается пределом прочности и пределом текучести.Предел упругости Упругость — способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки Пластичность — это способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь.Относительное удлинение (после разрыва) — это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине , выраженное в процентах. Ударная вязкость — это способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам. Циклическая вязкость - это способность материалов поглощать энергию при повторно-переменных нагрузках.Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.Усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала под действием повторно-переменных напряжений,приводящий к образованию трещин и разрушению.Выносливость — свойство материала противостоять усталости. 2.превращение март. при отпуске. Отпуск - это процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Ас,, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска — получение более ус-тойчивого структурного состоян ия,ус-транение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластинча-тости, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали. Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150—250°С, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Он выполняется с целью получения структуры мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений Средний отпуск производится при температурах 300-500°С для получения структуры троостита отпуска. Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается. Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С. В процессе высокого отпуска мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта структура обеспечивает лучшее сочетание прочности и пластичности стали. В сорбите отпуска цементит приобретает зернистую форму в отличии от сорбита, полученного после нормализации, в котором цементит имеет пластинчатое строение. 3. Инструментальные стали предназначены для изготовления следующих основных групп инструмента: режущего, измерительного и штампов.Углеродистые инструментальные стали. Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А, например У12А: инструментальная углеродистая сталь высокого качества, содержащая 1,2% С.Инструменты, применение которых связано с ударной нагрузкой, например зубила, бородки, молотки, изготовляют из сталей У7А, У8А. Инструменты, требующие большей твердости, но не подвергающиеся ударам, например сверла, метчики, развертки, шаберы, напильники, - из сталей У12А, У13А. Стали У7-У9 подвергают полной, а стали У10-У13 неполной закалке.Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость - способность сохранять бол ьшуютвердость при высоких температурных нагревах. При нагреве выше 200°С инструмент из углеродистой стал и теряет твердость. билет 5 1. Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок оценивается пределом прочности и пределом текучести.Предел упругости Упругость — способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки Пластичность — это способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь.Относительное удлинение (после разрыва) — это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине , выраженное в процентах. Ударная вязкость — это способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам. Циклическая вязкость - это способность материалов поглощать энергию при повторно-переменных нагрузках.Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.Усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала под действием повторно-переменных напряжений,приводящий к образованию трещин и разрушению.Выносливость — свойство материала противостоять усталости. 2. Основными компонентами, от которых зависит структура и свойства железоуглеродистых сплавов, являются железо и углерод. В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие структурные составляющие. Феррит (Ф)— твердый раствор внедрения углерода в се-железе. Аустенит (А) - твердый рщ;вор внедрения углерода в у-железе. Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). Графит - это свободней углерод, мягок и обладает низкой прочностью. В чугунах и графитизированной стали содержится в виде включений различных форм (пластинчатой, шаровидной и др.). С изменением формы графитовых включений меняются механические и технологические свойства сплава. Перлит (П) — механическая смесь феррита и цементита, Ледебурит (Л) — механическая смесь (эвтектика) аустенита и Ц-тита, Диаграмма показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа до цементита (6,67% С). Сплавы с содержанием углерода до 2,14% называют сталью, а от 2,14 до 6,67% - чугуном. Первичная кристаллизация, линии ликвидусаАСД. Вторичная кристаллизация линиям GSE^PSK GPQ Линия солидуса AEСF соответствует температурам конца затвердевания. Диаграмма состояния железо — цементит имеет большое практичеб-кое значение. Ее применяют для определения тепловых режимов термической обработки и горячей обработки давлением (ковка, горячая штамповка, прокатка) железоуглеродистых сплавов. Ее используют также в литейном производстве для определения температуры плавления, что необходимо для назначения режима заливки жидкого железоуглеродистого сплава в литейные формы. 3. Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структуре. Классификация по химическому составу. По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Сталь, свойства которой в основном зависят от содержания углерода---углеродистой низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25—0,6% С) и высокоуглеродистые (более 0,6% С). Легированной называют сталь, в состав которой входят низколегированную, среднелегированную (от 2,5 до 10%) и высоколегиров Классификация по назначению. Конструкционные стали Инструментальные Стали специального назначения Классификация по качеству. ). Основными показателями для разделения сталей по качеству являются нормы содержания вредных примесей (серы, фосфора). Стали обыкновенного качества содержал до 0,06% S и 0,07% Р, качественные - до 0,035% S и 0,035% Р, высококачественные-hq более 0,025% S и 0,025% Р, а особо высококачественные — не более 0,015% S и 0,025% Р. Классификация про степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Классификация по структуре. до-,эвтектоидные,за-,ледебуритные, аустенитные, ферритные.перлитный, мартенситный Билет 6 1.качество мтер. и меоды. Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.Твердость металла определяют способами Бринелля, Роквелла и Виккерса. Способ Бринелля в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой стальной закаленный шарик.За меру твердости НВ принимают отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка диаметром d и глубиной t, который образуется при вдавливании силой Р шарика диаметра D.Числовое значение твердости определяют так: измеряют диаметр отпечатка с помощью оптической лупы (с делениями) и по полученному значению находят в таблице соответствующее число твердости. Для ТВ. м-ов применяют способ Роквелла. В образец вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм.Значение твердости определяют по глубине отпечатка h и отсчитывают по циферблату индикатора, установленному на приборе. Во всех случаях предварительная нагрузка Р0 равна 100 Н.При испытании металлов с высокой твердостью применяют алмазный конус и общую нагрузку Р==Р(>-ЬР|— 1500 Н. Твердость отсчитывают по шкале "С" и обозначают HRC. способом Виккерса в качестве вдавливаемого в материал наконечника используют четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136°. При испытаниях применяют нагрузки от 50 до 1000 Н.Числовое значение твердости определяют так: замеряют длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки и с помощью микроскопа и по полученному среднему арифметическому значению длины диагонали находят в таблице соответствующее число твердости. Пример обозначения твердости по Виккерсу - HV 500. 3. Нитроцементация — процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя одновременно азотом и углеродом в газовой среде. Основой газовой среды служит эндотермический газ (эндогаз), состоящий из азота (40%), водорода (40%) и окиси углерода (20%). При нитроцементации детали нагревают до 850-870°С в среде эндогаза с добавлением природного газа (5-15%) и аммиака (5%) и выдерживают в течение 4-10 ч. После нитроцементации детали подвергают закалке и низкому отпуску при 160-180°С до твердости Н RC 58-64. Цианирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя одновременно азотом и углеродом в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий NaCN.Для получения слоя толщиной до 0,3 мм цианирование ведут при 820-860°С (низкотемпературное цианирование) в течение 0,5-1,5 ч. Затем детали закаливают непосредственно из ванны и подвергают низкому отпуску (180-200°С). Твердость цианированного слоя после термообработки HRC 58-62. Низкотемпературному цианированию подвергают детали из среднеуглеро|истых сталей и инструменты из быстрорежущей стали. Низкотемпературное цианирование применяют для упрочнения мелких деталей.Цианированный слой по сравнению с цементованным имеет более высокую износостойкость. билет 7. 1. Технологические свойства. Эти свойства характеризуют способность металлов подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях.Обрабатываемость резанием. Свариваемость — способность металлов образовывать сварное соединение, Ковкость — способность металла обрабатываться давлением в холодном или горячем состоянии без признаков разрушения. Литейные свойства металлов характеризуют способность их образовывать отливки без трещин, раковин и других дефектов. Усадка при кристаллизации — это уменьшение объема металла при переходе из жидкого состояния в твердое; Жидкотекунесть — способность расплавленного металла хорошо заполнять полость литейной формы. 2.маркировка уг и лиг ст. Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Сти цифрами от 0 до 6. Цифры — это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность. Индексы, стоящие справа от номера марки, означают: кп - кипящая, пс— полуспокойная, сп — спокойная сталь. Между индексом и номером марки может стоять буква Г, что означает повышенное содержание марганца. ст. группыА-механические свойства Сталь группы Б -химическому составу Сталь группы В мех-м свойствам и хим составу Стали углеродистые качественные конструкционные. маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств.По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%). Стали углеродистые специального назначения. Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами: А12, А20, АЗО, А40Г. котельная сталь 12К, 15К, 16К, 18К,20К, 22К. Инструментальные стали предназначены для изготовления следующих основных групп инструмента: режущего, измерительного штампов. Углеродистые инструментальные стали. Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А, напр-р У12А 3.Высокопрочный чугун. Он имеет ферритную или перлитную структуру является разновидностью серого чугуна, модифицированного магнием. Одновременно с ним ил и несколько позже в жидкий чугун вводят ферросилиций. В результате получают мелкие включения графита шаровидной формы.Этот чугун обладает повышенной прочностью по сравнению с обычными серыми чугунами.предела прочности при растяжении и относительного удлинения высокопрочные чугуны марки: ВЧ 38—17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, Из высокопрочного чугуна изготовляют детали прокатных станов, кузнечно-прессового оборудования, паровых турбин билет 9 1. Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок оценивается пределом прочности и пределом текучести. Важным показателем прочности материала является также удельная прочность — отношение предела прочности материала к его плотности. Предел прочности сг (временное сопротивление) - этоусловное напряжение в МПа, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца: a,j-Pmilx/F0, где Ртах - наибольшая нагрузка, H;F0 -начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца, м2. Истинное сопротивление разрыву Sk - это напряжение, определяемое отношение нагрузки Рк в момент разрыва к 16 площади минимального поперечного Ьечения образца после разрыва Fk(Sk=Pk/Fk). Предел текучести (физический) ат — это наименьшее напряжение (в МПа), при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки: oT=PT/F0, где Рт — нагрузка, при которой в диаграмме растяжения наблюдается площадка текучести, Н. Площадку текучести имеют в основном только малоуглеродистая сталь и латуни. Другие сплавы площадки текучести не имеют. Для таких материалов определяют предел текучести (условный), при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от расчетной длины образца 2. Отжиг. Это процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при ней и последующем медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры. В зависимости оттого, какие свойства стали требуется получить, применяют различные виды отжига 1 - диффузионный; 2 - полный; 3 - изотермический; 4 - неполный; 5 - сферридизирующий; 6 -рекристаллизационный. Диффузионный отжиг (гомогенизирующий) применяют для уменьшения химической неоднородности стальных слитков и фасонных отливок. Полный отжиг применяют для доэвтектоидной стали в основном после горячей обработки поковок давлением и отливок с целью измельчения зерна и снятия внутренних напряжений. Неполный отжиг обеспечивается при нагреве изделий из заэвтектоидной стали выше температуры Ас, на 30-50°С, выдержке и последующем медленном охлаждении. Изотермический отжиг отличается от других видов отжига тем, что распад аустенита на ферритно-цементитную смесь происходит при постоянной температуре. При других видах отжига такой распад происходит в период охлаждения в условиях непрерывного снижения температуры. Сфероидизирующий отжиг обеспечивает превращение пластинчатого перлита в зернистый, сфероидизированный. Это улучшает обрабатываемость сталей резанием Рекристаллизационныи отжиг применяют для снятия наклепа, вызванного пластической деформацией металла при холодной прокатке, волочении или штамповке. Наклепом называют упрочнение металла, появляющееся в результате холодной пластической деформации металла. 3.Магнитные стали и сплавы.Ферромагнетизмом (способностьювзначительной степени сгущать магнитные силовые линии) обладают железо, кобальт и никель. Эта способность характеризуется магнитной проницаемостью.У ферромагнитных материалов относительная магнитная проницаемость достигает десятков и сотен тысяч единиц, для других ма- териалов она близка к единице. Магнитные стали и сплавы в зависимости от коэрцитивной силы ЙШ14-нитной проницаемости делят на магнитно-твердые и магнитн61мягкие. Магнитно-твердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов. Они имеют большую коэрцитивную силу. Это высокоуглеродистые и легированные стали, специальные сплавы. Углеродистые стали (УЮ-У12) после закалки имеют достаточную коэрцитивную силу (Нс=5175 А/м), но, так как они прокаливаются на небольшую глубину, их применяют для изготовления небольших магнитов. Хромистыестали по сравнению с углеродистыми прокаливаются значительно глубже, поэтому из них изготовляют более крупные магниты.например, марки ЕХ5К5 Магнитно-мягкие стали и сплавы. Магнитно-мягкие стали и сплавы имеют малую коэрцитивную силу и большую магнитную проницаемость. К ним относят электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои). Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость Электротехническая сталь содержит менее 0,05% С и кремний, сильно увеличивающий магнитную проницаемость. Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45-80% Ni, их дополнительно легируют Сг, Si, Mo. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая Ферриты — магнитно-мягкие материалы, получаемые спеканием смеси порошков ферромагнитной окиси железа Fe203 и окислов двухвалентных металлов (ZnO, NiO, MgOnAp.). В отличие от других магнитно-мягких материалов у ферритов очень высокое удельное электросопротивление, что определяет их применение в устройствах, работающих в области высоких и сверхвысоких частот. б-10 1. Типы кристаллических решеток у различных металлов различны. Наиболее часто встречаются решетки: объемно-центрированная кубическая (ОЦК) –а-фа-Fe,Cr, W, гранецентированная кубическая (ГЦК) — y-Fe,Аl,Сu и Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) — Mg, Zn и др. Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объеме, называют элементарной кристаллической ячейкой. Кристаллическая решетка характеризуется ее параметрами, например длиной ребра куба для ОЦК и ГЦК, которая составляет для металлов 2,8-6 • 10~8 см. 3. Нормализация. Термическую операцию, при которой сталь нагревают до температуры на 30-50°С выше верхних критических точек Ас3 и А,п, затем выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе, называют нормализацией.При нормализации уменьшаются внутренние напряжения, происходит перекристаллизация стали, измельчающая крупнозернистую структуру металла сварных швов, отливок или поковок. Нормализация стали по сравнению с отжигом является более коротким процессом термической обработки, а следовательно, и более производительным. Поэтому углеродистые и низколегированные стали подвергают, как правило, не отжигу, а нормализации. С повышением содержания углерода в стали увеличивается различие в свойствах между отожженной и нормализованной сталью. Для сталей, содержащих до 0,2% углерода, предпочтительнее нормализация. Для сталей, содержащих 0,3-0,4% углерода, при нормализации по сравнению с отжигом существенно увеличивается твердость, что необходимо учитывать. Поэтому нормализация не всегда может заменить отжиг. Сплавы после нормализации приобретают мелкозернистую структуру и несколько большую прочность и твердость, чем при отжиге. Нормализацию применяют для исправления крупнозернистой структуры, улучшения обрабатываемости стали резанием, улучшения структуры перед закалкой. Взаэвтектоидной стали нормализация устраняет сетку вторичного цементита. б-11 1. Аллотропия металлов. Аллотропией, или полиморфизмом, называютспособ-ность металла в твердом состоянии иметь различные кристаллические формы. Процесс перехода из одной кристаллической формы в другую называют аллотропическим превращением. При нагреве чистого металла такое превращение сопровождается поглощением тепла и происходит при постоянной температуре, что связано с необходимостью затраты определенной энергии на перестройку кристалл ической решетки. Аллотропические превращения имеют многие металлы: железо, олово, титан и др. Например, железо в интервале температур 911 г-1392°С имеет гр^нецен-трированную кубическую решетку (ГКЦ) y-Fe В интервалах до 911°С и от 1392 до 1539°С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку (ОЦК) — oc-Fe. Аллотропические формы металла обозначаются буквами а, (3, у и т. д. Существующая при самой низкой температуре аллотропическая форма металла обозначается через букву а, которая в виде индекса добавляется к символу химического элемента металла и т. д. При аллотропических превращениях происходит изменение свойств металлов — изменение объема металлов (особенно характерно для олова) и растворимости углерода (характерно для железа). 2. Закалка заключается в нагреве доэвтектоидных сталей выше критической линии, на 30— 50° С, а эвтектоидной и заэвтектоидных сталей выше на 50—70* С, выдержке при данной температуре и последующем охлаждении со скоростью больше критической, обеспечивающей превращение переохлажденного аустенита в мартенсит.Целью закалки является получение предельной твердости стали. Полная закалка заключается в нагреве стали до температуры, обеспечивающей получение структуры однородного аустенита, выдержке при данной температуре и последующем охлаждении со скоростью больше критической. Полная закалка применяется только для доэвтектоидных и эвтектоидной сталей. Неполная закалка заэвтектоидных сталей заключается в нагреве выше критической точки АсЬ на 50—70° С, выдержке при данной температуре и последующем охлаждении со скоростью больше критической. Закалка в одном охладителе В качестве охлаждающей среды в этом случае применяются различные жидкости: вода, водные растворы солей, кислот, и масло. Ступенчатая закалка Изделие, нагретое как обычно при закалке, быстро переносят в изотермическую ванну, температура- которой несколько выше (на 50:—100° С) где и выдерживают некоторое время. После изотермической выдержки изделие охлаждают в масле или на воздухе до комнатных температур. При изотермическом отжиге изделия нагревают как и для обычного отжига и сравнительно быстро охлаждают до температуры, лежащей «иже критической точки Ас/ (на 50—100° С), и при данной температуре выдерживают до полного распада аустенита на перлит. 3. Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структуре. Классификация по химическому составу. По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Сталь, свойства которой в основном зависят от содержания углерода---углеродистой низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25—0,6% С) и высокоуглеродистые (более 0,6% С). Легированной называют сталь, в состав которой входят низколегированную, среднелегированную (от 2,5 до 10%) и высоколегиров Классификация по назначению. Конструкционные стали Инструментальные Стали специального назначения Классификация по качеству. ). Основными показателями для разделения сталей по качеству являются нормы содержания вредных примесей (серы, фосфора). Стали обыкновенного качества содержал до 0,06% S и 0,07% Р, качественные - до 0,035% S и 0,035% Р, высококачественные-hq более 0,025% S и 0,025% Р, а особо высококачественные — не более 0,015% S и 0,025% Р. Классификация про степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Классификация по структуре. до-,эвтектоидные,за-,ледебуритные, аустенитные, ферритные.перлитный, мартенситный б-12 1. Дефекты в кристаллах. В кристаллах всегда имеются дефекты (несовершенства) строения, обусловленные нарушением правильного расположения атомов кристаллической решетки. Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на точечные, линейные и поверхностные. отдельные атомы обладают энергией значительно большей средней энергии и перемещаются из одного места в другое. Наиболее легко перемещаются атомы поверхностного слоя, выходя на поверхность. Место, где находился такой атом, называется вакансие. к точечным дефектам относят также атом, внедренный в междоузлие кристаллической решетки. Линейные дефекты являются другим важнейшим видом несовершенства кристаллической решетки, когда в результате сдвига на одно межатомное расстояние одной части решетки относительно другой вдоль какой-либо плоскости число рядов атомов в верхней части решетки на один больше, чем в нижней. Край экстра-плоскости, перпендикулярный направлению сдвига, называется краевой или линейной дислокацие. Поверхностные дефекты представляют собой границы раздела между отдельными кристаллами. 2. Закаливаемость - это способность стали приобретать максимально высокую твердость после закалки. Закаливаемость зависит главным образом от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем выше твердость. Это объясняется тем, что с повышением содержания углерода увеличивается число атомов углерода, удерживаемых в кристаллической решетке железа при закалке, т.е. увеличивается степень пересыщения твердого раствора углерода в железе. Углеродистые стали с содержанием углерода менее 0,3% (сталь 20, СтЗ) неспособны принимать закалку, так как не происходит образование мар-тенситной структуры. Образование мартенситной структуры связано с перестройкой кристаллической решетки железа из гранецентрированной в объемно-центрированную. Температура, при которой происходит такая перестройка, зависит от содержания углерода (см. рис. 33). Чем больше содержание углерода, тем ниже температура образования мартенситной структуры. При выборе охлаждающей среды для того или иного способа закалки необходимо учитывать закаливаемость и прокаливаемость данной стали. Прокаливаемость -это глубина проникновения закаленной зоны, т.е. способность стали закаливаться на определенную глубину. За глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности до слоя, где в структуре будет примерно одинаковое количество мартенсита и троостита. Прокаливаемость зависит от химического состава стали, размеров деталей и условий охлаждения. С увеличением содержания углерода до 0,8% прокаливаемость стали увеличивается. При дальнейшем увеличении углерода прокаливаемость несколько снижается. Увеличению прокаливаемости также способствует укрупнение зерен аустенита при нагреве под закалку. Нерастворимые частицы, неоднородность аустенита и другие факторы, которые уменьшают устойчивость переохлажденного аустенита, уменьшают прокаливаемость. Все легирующие элементы, за исключением кобальта, увеличивают прокаливаемость. При комплексном легировании полезное влияние отдельных элементов на прокаливаемость взаимно усиливается. 3. Влияние легирующих элементов. Легирующие элементы ввoдяt в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Твердость феррита (в состоянии после нормализации) наиболее сильно повышают кремний, марганец и никель - элементы с решеткой, отличающейся от решетки a-Fe. Молибден, вольфрам и хром влияют слабее. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля). При содержании до 1% марганец и хром повышают ударную •вязкость. Свыше этого содержания ударная вязкость снижается, достигая уровня нелегированного феррита при 3% Сг и 1,5% Мп. Увеличение содержания углерода в стали усиливает влияние карбидной фазы, дисперсность которой зависит от термической обработки и состава сплава. В значительной степени повышению конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости. Наилучший результат по улучшению прокаливаемости стали достигают при ее легировании несколькими элементами, например Сг + Mo, Сг + Ni, Сг + Ni + Mo и другими сочетаниями различных элементов. Высокая конструктивная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирование (за исключением никеля) после Достижения необходимой прокаливаемости приводит к снижению вязкости и облегчает хрупкое разрушение стали. Хром оказывает благоприятное вдияние на механические свойства конструкционной стали. Его вводят в сталь в количестве до 2%; он растворяется в феррите и цементите. Никель - наиболее ценный легирующий элемент. Его вводят в сталь в количестве от 1 до 5%. Марганец вводят в сталь до 1,5%. Он распределяется между ферритом и цементитом. Марганец заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву. В связи с этим для измельчения зерна одновременно с марганцем в сталь вводят карбидообразую-щие элементы. Кремний является не карбидообразующим элементом, и его количество в стали ограничивают до 2%. Он значительно повышает предел текучести стали и при содержании более 1% снижает вязкость и повышает порог хладноломкости. Молибден и вольфрам являются карбидообразующим и элементами, которые большей частью растворяются в цементите. Молибден в количестве 0,2-0,4% и вольфрам в количестве 0,8-1,2% в комплексно-легированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокали-ваемость и улучшают некоторые другие свойства стали. Ванадий и титан - сильные карбидообразующие элементы, которые вводят в небольшом количестве (до 0,3% V и 0,1% Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное содержание ванадия, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования специальных трудно растворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению и снижают прокаливаемость стали. Бор вводят для увеличения прокаливаемости в очень небольших количествах (0,002-0,005%). б-13 1. Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок оценивается пределом прочности и пределом текучести. Важным показателем прочности материала является также удельная прочность — отношение предела прочности материала к его плотности. Предел прочности сг (временное сопротивление) - этоусловное напряжение в МПа, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца: a,j-Pmilx/F0, где Ртах - наибольшая нагрузка, H;F0 -начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца, м2. Истинное сопротивление разрыву Sk - это напряжение, определяемое отношение нагрузки Рк в момент разрыва к 16 площади минимального поперечного Ьечения образца после разрыва Fk(Sk=Pk/Fk). Предел текучести (физический) ат — это наименьшее напряжение (в МПа), при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки: oT=PT/F0, где Рт — нагрузка, при которой в диаграмме растяжения наблюдается площадка текучести, Н. Площадку текучести имеют в основном только малоуглеродистая сталь и латуни. Другие сплавы площадки текучести не имеют. Для таких материалов определяют предел текучести (условный), при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от расчетной длины образца. 2. Термомеханическая обработка стали (ТМО) - метод упрочнения стали при сохранении достаточной пластичности, совмещающий пластическую деформацию и упрочняющую термическую обработку (закалку и отпуск). При ТМО деформации подвергают сталь в аустенитном состоянии, а при последующем быстром охлаждении формирование структуры закаленной стали (мартенсита) происходит в условиях наклепа аустенита, в связи с чем и повышаются механические свойства стали. Пластическое деформирование при ТМО возможно прокаткой, ковкой, штамповкой и другими способами обработки металлов давлением. Различают два способа термомеханической обработки-высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО) При ВТМО сталь нагревают выше точки Ас3,пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 20-30%)и закаливают.При НТМО сталь нагревают выше точкиАс3,охлаждают до температуры относительной устойчивости аустенита,нониже температуры рекристаллизации,пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 75-95%) и закаливают. В обоих случаях после закалки следует низкий отпуск. ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО - только стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита (легированные стали). По сравнению с обычной закалкой после ТМО механические свойства получаются более высокими. Наибольшее упрочнение достигается после НТМО (ав=2800-3300 МПа, 8=6%), после обычной закалки и низкого отпуска предел прочности ов не превышает 2000-2200 М Па и 5^-34%. При термомеханической обработке стали повышение прочности объясняется тем, что в результате деформации аустенита происходит дробление его зерен. При последующей закалке из такого аустенита образуются более мелкие пластинки мартенсита, что положительно сказывается на пластических свойствах и вязкости стали. 3. Влияние легирующих элементов. Легирующие элементы ввoдяt в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Твердость феррита (в состоянии после нормализации) наиболее сильно повышают кремний, марганец и никель - элементы с решеткой, отличающейся от решетки a-Fe. Молибден, вольфрам и хром влияют слабее. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля). При содержании до 1% марганец и хром повышают ударную •вязкость. Свыше этого содержания ударная вязкость снижается, достигая уровня нелегированного феррита при 3% Сг и 1,5% Мп. Увеличение содержания углерода в стали усиливает влияние карбидной фазы, дисперсность которой зависит от термической обработки и состава сплава. В значительной степени повышению конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости. Наилучший результат по улучшению прокаливаемости стали достигают при ее легировании несколькими элементами, например Сг + Mo, Сг + Ni, Сг + Ni + Mo и другими сочетаниями различных элементов. Высокая конструктивная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирование (за исключением никеля) после Достижения необходимой прокаливаемости приводит к снижению вязкости и облегчает хрупкое разрушение стали. Хром оказывает благоприятное вдияние на механические свойства конструкционной стали. Его вводят в сталь в количестве до 2%; он растворяется в феррите и цементите. Никель - наиболее ценный легирующий элемент. Его вводят в сталь в количестве от 1 до 5%. Марганец вводят в сталь до 1,5%. Он распределяется между ферритом и цементитом. Марганец заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву. В связи с этим для измельчения зерна одновременно с марганцем в сталь вводят карбидообразую-щие элементы. Кремний является не карбидообразующим элементом, и его количество в стали ограничивают до 2%. Он значительно повышает предел текучести стали и при содержании более 1% снижает вязкость и повышает порог хладноломкости. Молибден и вольфрам являются карбидообразующим и элементами, которые большей частью растворяются в цементите. Молибден в количестве 0,2-0,4% и вольфрам в количестве 0,8-1,2% в комплексно-легированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокали-ваемость и улучшают некоторые другие свойства стали. Ванадий и титан - сильные карбидообразующие элементы, которые вводят в небольшом количестве (до 0,3% V и 0,1% Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное содержание ванадия, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования специальных трудно растворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению и снижают прокаливаемость стали. Бор вводят для увеличения прокаливаемости в очень небольших количествах (0,002-0,005%). б-15 1. В основе теории термической обработки лежат фазовые и структурные превращения, протекающие при нагреве и ох1 лаждении металлов и сплавов. Эти превращения характеризуются определенными критическими точками. При медленном нагреве от комнатной температуры до 727°С в сплаве I фазовых изменений не происходит (рис. 26). При температуре 727°С перлит превращается в аустенит (точка а). Точку а на диаграмме называют нижней критической точкой и обозначают Ас, (при охлаждении - Аг,). Буквы сиг указывают на то, что превращение происходит соответственно при нагреве или охлаждении стали, а индекс единица внизу этих букв — наточки, образующие линию PSK. При дальнейшем нагреве сплава I зерна феррита растворяются в аустените. Растворение феррита заканчивается в точке а, (линия GS), которую называют верхней критической точкой и обозначают при нагреве Ас3, охлаждении Аг3. Если нагревать эвтектоидный сплав II, то перлит в точке S (линия PSK) при 727°С превращается в аустенит. Критические точки Ас, и Ас3 при этом совпадают. Перлит сплава III при 727°С превращается в аустенит (точка Ь). Дальнейший нагрев сплава III вызывает растворение цементита (вторичного) в аустените. В точке Ь,, лежащей на линии SE, процесс растворения заканчивается. Эту точку обозначают Аст. 2.Магнитные стали и сплавы.Ферромагнетизмом (способностьювзначительной степени сгущать магнитные силовые линии) обладают железо, кобальт и никель. Эта способность характеризуется магнитной проницаемостью.У ферромагнитных материалов относительная магнитная проницаемость достигает десятков и сотен тысяч единиц, для других ма- териалов она близка к единице. Магнитные стали и сплавы в зависимости от коэрцитивной силы ЙШ14-нитной проницаемости делят на магнитно-твердые и магнитн61мягкие. Магнитно-твердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов. Они имеют большую коэрцитивную силу. Это высокоуглеродистые и легированные стали, специальные сплавы. Углеродистые стали (УЮ-У12) после закалки имеют достаточную коэрцитивную силу (Нс=5175 А/м), но, так как они прокаливаются на небольшую глубину, их применяют для изготовления небольших магнитов. Хромистыестали по сравнению с углеродистыми прокаливаются значительно глубже, поэтому из них изготовляют более крупные магниты.например, марки ЕХ5К5 Магнитно-мягкие стали и сплавы. Магнитно-мягкие стали и сплавы имеют малую коэрцитивную силу и большую магнитную проницаемость. К ним относят электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои). Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость Электротехническая сталь содержит менее 0,05% С и кремний, сильно увеличивающий магнитную проницаемость. Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45-80% Ni, их дополнительно легируют Сг, Si, Mo. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая Ферриты — магнитно-мягкие материалы, получаемые спеканием смеси порошков ферромагнитной окиси железа Fe203 и окислов двухвалентных металлов (ZnO, NiO, MgOnAp.). В отличие от других магнитно-мягких материалов у ферритов очень высокое удельное электросопротивление, что определяет их применение в устройствах, работающих в области высоких и сверхвысоких частот. 3. Клеи. Они предназначены для создания из различных материалов неразъемных соединений требуемой прочности. Вобщем виде такие соединения состоят из склеиваемых материалов и клеевого слоя между ними. Процесс склеивания основан на сцеплении клея с поверхностью материалов. Способ склеивания упрощает и ускоряет технологический процесс изготовления изделий. Важным свойством клеевых соединений на основе синтетических клеев является их атмосферостойкость, способность противостоять коррозионным воздействиям и гниению. К числу преимуществ клеевых соединений можнотакже отнести: исключение изготовления отверстий под болты или заклепки, ослабляющие скрепляемые элементы; более равномерное распределение напряжений в соединениях; ровная поверхность клеевых деталей; относительно низкая стоимость производства клееных деталей при массовом производстве. В то же время клеи не свободны от недостатков. Клеевые соединения обладают низкой прочностью при неравномерном отрыве; большинство клеев имеет также относительно низкую теплостойкость (до 350°С) вследствие органической природы основных компонентов клея. б-14 1. Переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называют кристаллизацией. Процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, поэтому кривые охлаждения строятся в координатах температура - время Теоретический, т.е. идеальный, процесс кристаллизации металла без переохлаждения протекает при температуре Ts При достижении идеальной температуры затвердевания Ts падение температуры прекращается. Это объясняется тем, что перегруппировка атомов при формировании кристаллической решетки идет с выделением тепла (выделяется скрытая теплота кристаллизации). Каждый чистый металл (не сплав) кристаллизуется при строго индивидуальной постоянной температуре. По окончании затвердевания металлатем-пература его снова понижается. Практически кристаллизация протекает при более низкой температуре, т.е. при переохлаждении металла до температур Тп, Тп,, Тп2 (например, кривые 1, 2). Степень переохлаждения (AT-Ts—Тп) зависит от природы и чистоты металла и скорости охлаждения. Чем чище жидкий металл, тем он более склонен к переохлаждению. При увеличении скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает, а зерна металла становятся мельче, что улучшает его качество. Для большинства металлов степень переохлаждения при кристаллизации в производственных условиях составляет от 10 до 30°С. При больших скоростях охлаждения она может достигать сотен градусов. Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: зарождения кристаллов (зародышей или центров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров. При переохлаждении сплава ниже Тп на многих участках жидкого металла образуются способные к росту кристаллические зародыши. Сначала образовавшиеся кристаллы растут свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму. Затем при со-прикосновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается. Рост кристалла продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидкого металла. В результате кристаллы, имевшие сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают неправильную форму, их называют кристаллитами или зернами. Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно металла. Величина зерен, образующихся при кристаллизации, зависит не только от количества самопроизвольно зарождающихся центров кристаллизации, но также и от количества нерастворимых примесей, всегда имеющихся в жидком металле. Такие нерастворимые примеси являются готовыми центрами кристаллизации. Ими являются оксиды (например, А1203), нитриды, сульфиды и другие соединения. Центрами кристаллизации в данном металле или сплаве могут быть только такие твердые частицы, которые соизмеримы с размерами атомов основного металла. Кристаллическая решетка таких твердых частиц должна быть близка по своему строению и параметрам решетке кристаллизующегося металла. Чем больше таких частичек, тем мельче будут зерна закристаллизовавшегося металла. На образование центров кристаллизации влияет и скорость охлаждения. Чем выше скорость охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации и, следовательно, мельче зерно металла. Чтобы получить мелкое зерно, создают искусственн ые центры кристалл иза-ции. Для этого в расплавленный металл (расплав) вводят специальные вещества, называемые модификаторами. Так, при модифицировании магниевых сплавов зерно уменьшается от 0,2-0,3 до0,01-0,02мм,т.е. в 15-20 раз. Модифицирование отливок проводят введением в расплав добавок, которые образуют тугоплавкие соединения (карбиды, оксиды). При модифицировании, например, стали применяют алюминий, титан, ванадий; алюминиевых сплавов — марганец, титан, ванадий. Иногда в качестве модификаторов применяют поверхностно-активные вещества. Они растворяются в жидком металле. Эти модификаторы осаждаются на поверхности растущих кристаллов, образуя оченьтонкий слой. Этот слой препятствует дальнейшему росту кристаллов, придавая металлу мелкозернистое строение. 2. Химико-термическая обработка - это процесс химического и термического воздействия на поверхностный слой стали с целью изменения состава, структуры и свойств. Химико-термическая обработка повыша-еттвердость поверхности стали, ее износостойкость, коррозионную стойкость, кислотоустойчивось и другие свойства. Наиболее распространенными видами химико-термической обработки является цементация, цианирование, борирование , алитирование и др. Цементация - процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя углеродом при нагреве в соответствующей среде. Цементация придает поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повышает предел выносливости при изгибе и кручении. мароки 10, 15, 20, А12, А20, СтЗ, 15Х, 25ХГМ и др. Азотирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя азотом для придания этому слою высокой твердости, износостойкости или устойчивости против коррозии. Цианирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя одновременно азотом и углеродом в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий NaCN. Борирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя бором при нагревании в бор-содержащей среде (бура, треххлористый бор и др.). . Борирование проводят при температуре 850-950°С в течение 2-6 ч. Для борирования можно использовать низко- и среднеуглеродистые стали (20, 40, 45, 40Х, 30ХГС и др.). Алитирование — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали, содержащей 0,1 -0,2% С, алюминием. Толщина агитированного слоя 0,2—1 мм, а концентрация алюминия в поверхностном слое до 30%. Алитирование применяют для повышения жаростойкости углеродистых сталей. Алитируютчехлы термопар, детали разливочных ковшей, клапаны и другие детали, работающие при высокой температуре. Хромирование - это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя хромом. Хромирование повышает окалиностойкость и износостойкость деталей в агрессивных средах. Хромируют детали паровых турбин, насосов для перекачки агрессивных сред и т.п. 3. Влияние легирующих элементов. Легирующие элементы ввoдяt в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Твердость феррита (в состоянии после нормализации) наиболее сильно повышают кремний, марганец и никель - элементы с решеткой, отличающейся от решетки a-Fe. Молибден, вольфрам и хром влияют слабее. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля). При содержании до 1% марганец и хром повышают ударную •вязкость. Свыше этого содержания ударная вязкость снижается, достигая уровня нелегированного феррита при 3% Сг и 1,5% Мп. Увеличение содержания углерода в стали усиливает влияние карбидной фазы, дисперсность которой зависит от термической обработки и состава сплава. В значительной степени повышению конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости. Наилучший результат по улучшению прокаливаемости стали достигают при ее легировании несколькими элементами, например Сг + Mo, Сг + Ni, Сг + Ni + Mo и другими сочетаниями различных элементов. Высокая конструктивная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирование (за исключением никеля) после Достижения необходимой прокаливаемости приводит к снижению вязкости и облегчает хрупкое разрушение стали. Хром оказывает благоприятное вдияние на механические свойства конструкционной стали. Его вводят в сталь в количестве до 2%; он растворяется в феррите и цементите. Никель - наиболее ценный легирующий элемент. Его вводят в сталь в количестве от 1 до 5%. Марганец вводят в сталь до 1,5%. Он распределяется между ферритом и цементитом. Марганец заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву. В связи с этим для измельчения зерна одновременно с марганцем в сталь вводят карбидообразую-щие элементы. Кремний является не карбидообразующим элементом, и его количество в стали ограничивают до 2%. Он значительно повышает предел текучести стали и при содержании более 1% снижает вязкость и повышает порог хладноломкости. Молибден и вольфрам являются карбидообразующим и элементами, которые большей частью растворяются в цементите. Молибден в количестве 0,2-0,4% и вольфрам в количестве 0,8-1,2% в комплексно-легированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокали-ваемость и улучшают некоторые другие свойства стали. Ванадий и титан - сильные карбидообразующие элементы, которые вводят в небольшом количестве (до 0,3% V и 0,1% Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное содержание ванадия, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования специальных трудно растворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению и снижают прокаливаемость стали. Бор вводят для увеличения прокаливаемости в очень небольших количествах (0,002-0,005%). б-16 1. Дефекты отливок. Дефекты в отливках обусловлены неправильной конструкцией отливок, нарушением технологии литья или ошибками при ее разработке. К основным дефектам относят раковины, трещины, дефекты поверхности и несоответствие конфигурации и размеров требованиям чертежа. Раковины образуются из-за повышенной влажности и плохой газопроницаемости формовочной смеси, очень плотной набивки форм, низкой температуры заливаемого металла, быстрой заполняемости форм и др. Трещины обусловлены повышенным содержанием серы и фосфора в расплаве, его перегревом и заливкой с большой скоростью, а также неправильной конструкцией литейной формы и несоблюдением режимов термической обработки и др. Дефекты поверхности образуются из-за пригара слоя формовочного материала к поверхности отливки и образования спая (немонолитного слияния потоков металла). Причинами образования дефектов на поверхности могут быть недостаточная огнеупорность формовочных и стержневых смесей, заливка металлов при низкой температуре, медленная заливка, плохая конструкция литниковой системы и др. Особым видом брака чугунного литья является отбеливание поверхности отливки, что вызывает повышение твердости и ухудшение обрабатываемости поверхности. Причинами отбеливания являются быстрое охлаждение отливки и несоответствие состава чугуна. Дефекты в отливках исправляют газовой или дуговой сваркой, пайкой, металлизацией и другими способами. 2. Химико-термическая обработка - это процесс химического и термического воздействия на поверхностный слой стали с целью изменения состава, структуры и свойств. Химико-термическая обработка повыша-еттвердость поверхности стали, ее износостойкость, коррозионную стойкость, кислотоустойчивось и другие свойства. Наиболее распространенными видами химико-термической обработки является цементация, цианирование, борирование , алитирование и др. Цементация - процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя углеродом при нагреве в соответствующей среде. Цементация придает поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повышает предел выносливости при изгибе и кручении. мароки 10, 15, 20, А12, А20, СтЗ, 15Х, 25ХГМ и др. Азотирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя азотом для придания этому слою высокой твердости, износостойкости или устойчивости против коррозии. Цианирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя одновременно азотом и углеродом в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий NaCN. Борирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя бором при нагревании в бор-содер Похожие статьи:
|
|