№10. Черные металлы (чугуны и стали), Сортамент, основные виды, марки

материалов.

Черными металлами является железо и его сплавы. На долю черных металлов

приходится 95% мировой металлопродукции.

Марки:

Чугун Fe+C (3-4,5%).

В его состав могут входить полезные Mn & Si и плохие составляющие S & P

(вместе с коксом). Чугун делят на группы:

Серый чугун. (технический): СЧ32, где прочность -(в=32 кг/м2. Используют

для изготовления рам и станин машин.

Ковкий чугун. (более прочный): КЧ17-32 соответственно прочность-(в и

пластичность -(. Изготовляют крупные детали, работающих при динамичной

нагрузке: маховики паровых машин.

Высокопрочный жаростойкий чугун (300-400оС): ЧС5 (Si – 5% придает высокую

термостойкость)

Сталь – деформируемый ковкий сплав Fe+C (до 2%). Различают по химическому

составу:

Углеродистые стали. (Mn 1%, Si 0.45%).

1.Углеродистая сталь обыкновенного качества: Ст0 до Ст6 (7 марок), наиболее

известная Ст3, по мере увеличения цифры увеличивается содержание углерода и

прочность-(в. Из нее изготавливают прокат:

2.Сталь углеродистая качественная: Сталь 0, 8, 10, 15, 85. Цифры указывают

содержание углерода в сотых долях процента, т.е. в 0,01%. По мере

увеличения цифры (углерода) увеличивается прочность.

- Низкоугродистые стали: используют для заготовок холодной штамповки.

- Среднеуглеродистая – содержание С до 0,5%, самая известная Ст45.

Используют для большинства машин.

- Высокоугледистые – для изготовления деталей, работающих на износ,

закаливаемых до высокой прочности.

Сталь легированная конструкционная : для изготовления деталей машин.

Легирующие элементы: Mn Si Cr и Ni Mo W.

Низколегированные (<2.5%), легированные (2.5-10), высоколегированные

(>10%).Fe>45. Маркируются и обозначаются цифрами и буквами: 1-ые две цифры

– содержание углерода в сотых долях, буквы – легирующие элементы, 2-ые

цифры – содержание этих элементов: Mn-Г, Si-С, Cn-Х, Ni-Н, Mo-М, W-В. Напр.

45Г, 10Г2С1, 15Г2Хф, 12Х2МН4А

Строительные легированные: 09Г2, 10Г2С1, 16Г2Хф. Из них широко используют

15Х, 20Х; 20Хр-хромованадьевые; 12ХР3А - хромоникелевые (пониженное

содержание S & P); 18ХТ – хромо марганцовистые изготовляют ответственные

детали машин в самолетах (там где необходима высокая надежность)

Высоколегированные. Кррозионостойкие 12ХН19; жаропрочные 10Х14Г14М4Т;

жаростойкие (без окисления до 8000С) 08Х17Н15М3.

№11. Цветные металлы и сплавы, характеристика основных марок Сортамент,

основные виды.

Алюминий – обладает низким удельным сопротивлением, хорошей

теплопроводимостью и хорошей коррозионной стойкостью (покрыт оксидной

пленкой). А999 (сод. Al 99,999%), А99,А95. Используют в машиностроении,

алюминий применяют в виде сплавов: деформируемые ал. сплавы – выплавляются

на основе Al, Mn; литейные ал. славы – изготовление деталей , которые

целиком отливаются Al–Si 150-2000, Al-Si-Cu (АЛ3, АЛ5) до 2700, Al-Mg

(АЛ8), Al-Mn (АМц), AL-Mg (АМг), Al-Mg-Si (АД), Al-Cu-Mn.

Медь и ее сплавы. Хорошо обрабатывается давлением и резаньем, обладает

высокой теплопроводностью, электропроводностью, устойчивостью к коррозии.

Латунь – сплав меди с цинком, обладающий достаточно хорошей прочностью и

коррозионной устойчивостью. Л80 (меди 80%). Применение в машиностроении,

приборостроении в химической промышленности.

Бронза – сплав, легирующими элементами являются различные металлы, кроме

цинка. БрОФ4-0,25 4%- олова 0,25%- фосфора, остальное медь. По сравнению с

предыдущим сплавом обладает большей прочностью, высокой коррозионной

стойкостью, антифрикционными свойствами. Сплав самый прочный, изготовляют

астрономические зеркала.

Медно-никелевые сплавы. Конструкционные: изготовление изделий из мельхиора

– МНЖМц30-1-1, МН19; нейзильбер МНЦ 15-20 (посуда). Электротехнические:

констант МНМц40-45 обладает высокой температурной стойкостью, изготовляют

нагревательные элементы; копель МНМц43-05.

Титан и его сплавы. Вошел с развитием машиностроения. «+» высокая

коррозионная стойкость, ненамагничиваемый, высокая удельная прочность,

низкая теплопроводность, низкий коэффициент линейного расширения. Бывают

литейные (ВТЛ, ВТ5Л, ВТ9Л- наиб. прочный 5000С), деформируемые.

Магний – в чистом виде Мг96, Мг95, Мг90. Подразделяют на литейные (Мл) и

арматурные (Ма).

Обладают последние повышенной герметичностью, используют при изготовлении

самолетов и ракет. «+»очень плотное соединение, «-»магний воспламеняется

при физической обработке.

№12. Основные операции термической обработки.

Назначение и виды термической обработки.

Термическая обработка - изменение физ. св-в или химич. состава материала

деталей в результате структурных превращений, происходящих при нагреве и

охлаждении его в различных средах.

Основные операции: отжиг – терм.опер, которая состоит в нагреве металла до

высоких температур и медленном охлаждении его вместе с печью (применяется

для возращения металлу пластичных свойств).

Нормализация – терм.обр, состоящая в нагреве стальных деталей до средних

температур, выдержки при этой t 400-500’C для равномерного нагрева и

последующего охлаждения на воздухе (частично восстанавливает свою

пластичность и частично сохраняет свою твердость).

Закалка – нагрев металла до высоких t 900-1000’C, выдержка при этой t для

нагрева и быстром охлаждении в воде (приводит к высокой твердости,

жесткости, упругости, но металл при этом почти полностью теряет

эластичность).

Отпуск – состоит в нагреве металла до разной t (низкий –150-200’C, средний

–250-350’C, высокий – 400-500’C), выдержки при последующем медленном

охлаждении (производится для снятия внутреннего напряжения в металле,

снижения хрупкости при сохранении требуемой твердости).

Старение - терм. операция, применяемая для стабилизации св-в и размеров

детали на протяжении длительного срока их службы. Различают: 1-естественное

- материал оставляется на открытом воздухе на 3-5 лет под навесом, 2-

искусственное- при t 100-120’C происходит нагрев в печи в течение 5-7 дней,

а затем также медленно охлаждают.

Это были основные операции, позволяющие из данного металла получать

различные св-ва.

Химико-термическая обработка – обработка с целью придания поверхностному

слою детали, за счет насыщения различными элементами, высокой твердости,

износоустойчивости при мягкой сердцевине.

Цементация – поверхностное насыщение малоуглеродных сталей углеродом до 0,8-

0,9%, а последующая закалка и отпуск дадут твердость, высокопрочность,

износоустойчивость. Fe2C – карбид, высокая твердость (зубчатые колеса

подверг. данной операции).

Азотирование – поверхностное насыщение стали азотом в среде аммиака NH3

(поверхностный слой приобретает высокую поверхностную твердость до HRC 70-

72, высокую износоустойчивость и коррозийную устойчивость, нитриды железа

обладают высокой твердостью).

Цианирование – одновременное поверхностное насыщение стали азотом и

углеродом при длительном нагреве в расплаве цианистых солей: NaCn, Ca(CN)2.

Диффузионная металлизация – насыщение поверхностного слоя металлами Al -

алитирование, хромом – хромирование, кремнием – селицирование, бериллием -

бериллизация. За счет диффузии проникают внутрь и дополнительно лигируют.

Значит, для конструкции берут достаточно дешевый материал, и с помощью

термической обработки (химико-терм.) придают поверхностному слою особые св-

ва.

Технология обработки.

Характер, вид, объем определяется конструктором. (40% сталь, 25% из чугуна

и цв. метал.) Формы организуются: в спец. терм. цехах, в терм. отделениях

цехов (некрупные изделия, серийное производство), на рабочих местах,

непосредственно в цехе на месте обработки детали.

Термическая обработка состоит из следующих операций:

Подготовка изделий (мойка): очистка поверхности от загрязнений (масло,

пыль), которые могут вызвать неконтролируемое насыщение некоторыми

элементами. Выполняется в специальных моющих машинах в сочетании с

механическим и химическим воздействиями. Сушка осуществляется горячим

воздухом.

Нагрев заготовки и выдержка при заданной температуре: самая трудоемкая,

дорогая и ответственная операция, выполняющаяся в специальных термических

печах. Печи делятся по способу нагрева: 1.газопламенные (за счет сгорания

природного газа, применимо для крупных деталей), 2.электрические (печи –

сопротивления, для деталей средних размеров, похожи на колодца в полу),

3.ТВЧ – токи высокой частоты (нагрев поверхности за счет конвекции,

использование индуктора и частоты 1000-10000 Гц, нагревается лишь

поверхность детали). Все печи, как правило, имеют соответствующую

автоматику, которая обеспечивает определенную скорость нагрева, температуру

в зоне печи, соответствующее время выдержки, определенная скорость

охлаждения.

При нагреве детали при высокой t, в присутствии воздуха, происходи

окисление и обезуглероживание, железо окисляется, образуется окалина.

Поэтому для предотвращения этого, в рабочем пространстве печи создают

газовую защитную атмосферу.

Чаще всего применяется сжигание природного газа – метана. В малых объемах

печей (в электрических) применяют инертные газы – аргон, гелий. Существуют

ванные печи, которые наполняют NaCl. При температуре 800’C происходит

быстрый и равномерный нагрев (теплоотдача при непосредственном контакте,

отсутствие окисления).

Охлаждение с определенной скоростью и в определенной среде.

1.При нормализации – с печью или на воздухе. 2.При закалке – быстрый

перенос из печи в охладительную ванну.

В качестве охладительной среды применяют: воду, водные растворы солей,

минеральное масло. Вода – наиболее дешевый вид, обеспечивает высокую

скорость охлаждения, получается самая высокая твердость, но процесс часто

нарушается появлением паровой подушки, которая препятствует охлаждению.

Минеральное масло – более мягкая закалка, но минеральные ванны значительно

дороже водяных, существует опасность воспламенения масла. Водные растворы

соли - для повышения теплоемкости, теплопроводности.

Очистка от окалины. При образовании окалины – оксида железа (очень хрупкого

соединения) выполняются операции для его удаления: механическим путем для

крупных (средних деталей), дробеструйная, пескоструйная, химическим,

электро-чимическим путем.

№13. Общие сведения о процессах литья. Оборудование для плавки.

Литье – процесс изготовления фасонных (сложной формы) заготовок, путем

заливки расплавленного металла в форму, внутренняя полость которых имеет

конфигурацию детали.

После затвердевания металла форма разрушается, и получается отливка.

Литейные цеха - заготовительные.

Литье – наиболее простой и дешевый способ формирования заготовки. Масса

заготовки может быть от нескольких граммов до нескольких тонн. Около 50%

деталей получают литьем. Льются почти все сплавы черных металлов. Литье

отличается высоким объемов ручных работ, а также является вредным

производством.

Технологический процесс литья. 1 – изготовление форм, стержней, 2 – плавка

металла из чушек, 3 – отливка металла в данную форму: заливка жидкого

металлов форму, охлаждение и затвердевание жидкого металла в формах,

извлечение или выбивка заготовки из формы, удаление литников и очистка от

формовочной земли.

Скарп –

Очистка –

От точности и качества литейной формы зависит качество отливок. Литейные

формы различают: разовые (на каждую отливку каждый раз делают новую форму),

полупостоянные (на 10 отливок , потом теряют прочность), постоянные (число

отливок 103-105 штук).

Оборудование для плавки.

Главное оборудование в литейных цехах – печи для расплавления металла.

Вагранка. Маленькая доменная печь, для плавки чугуна. 1металлический корпус

из чугуна, 2огнеупорный кирпич футеровка - кварцевый кирпич (до t 2300-

2500’C), 3шихта - чередующиеся слои чугуна и кокса, 4дутье – отверстия с

помощью которых подача кислорода, 5летка, которая периодически открывается,

чтобы выпустить расплавленный металл. Температура в печи 1400-1500’C.

Дуговая электропечь. 1 электроды (из графита, вольфрама), 2 керамическая

футеровка, 3 каркас из дешевого материала, 4 заготовки, исходный материал.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10