авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Министерство образования РФ Уфимский государственный авиационный технический университет Кафедра материаловедения и ТКМ Курс лекций по ...»

-- [ Страница 2 ] --

Диффузионным отжигом называют длительную выдержку сплавов при высоких температурах, в результате которой уменьшается ликвационная неоднородность твердого раствора. При высокой температуре протекают диффузионные процессы, не успевшие завершиться при первичной кристаллизации.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Лекция Термохимическая обработка Назначение и виды химико-термической обработки Химико-термической обработкой называется процесс поверхностного насыщения стали различными элементами путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре.

Цель химико-термической обработки — поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенных температурах.

Процессы химико-термической обработки состоят из трех стадий:

- диссоциации, которая заключается в распаде молекул и образовании активных атомов диффундирующего элемента;

- адсорбции, т. е. контактирования атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и образования химических связей с атомами металла;

- диффузии, т. е. проникновения насыщающего элемента в глубь металла.

Скорость диффузии (коэффициент диффузии) при проникновении диффундирующих атомов в решетку растворителя будет выше, если при взаимодействии образуются твердые растворы внедрения, и значительно ниже, если образуются твердые растворы замещения.

Концентрация диффундирующего элемента на по верхности зависит от притока атомов этого элемента к поверхности и от скорости диффузионных процессов, т. е.

отвода этих атомов в глубь металла. Чем выше концентрация диффундирующего элемента на поверхности детали, тем больше толщина слоя. Чем выше температура процесса, тем больше скорость диффузии атомов, а, следовательно, возрастает толщина диффузионного слоя.

Границы зерен являются участками, где диффузион ные процессы облегчаются из-за наличия большого числа дефектов кристаллического строения. Если растворимость диффундирующего элемента в металле мала, то часто наблюдается преимущественная диффузия по границам зерен. При значительной растворимости диффундирующего элемента в металле роль пограничных слоев уменьшается. В момент фазовых превращений диффузия протекает быстрее.

- толщина диффузионного слоя k - время ТХО Q k1 exp( ) Q kT - энергия активации диффузии Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Различают следующие виды химико-термической обработки: цементацию, азотирование, цианирование (нитроцементацию) и т. д.

Цементация Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий углеродом. Цементация осуществляется с целью получения высокой твердости на поверхности изделия при сохранении вязкой сердцевины, она способствует повышению износостойкости и предела выносливости.

Цементации подвергают детали из низкоуглеродистых сталей (содержание углерода до 0,25%), работающие в условиях контактного износа и знакопеременных нагрузок (втулки, поршневые пальцы, кулачки, колонки и т. д.).

Для цементации детали поступают после механической обработки с припуском на шлифование 0,05— 0,10 мм. Участки, не подлежащие цементации, защищают тонким слоем меди (0,02—0,04 мм), наносимым электролитическим способом, или специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле, и др.

Цементация осуществляется при температурах 900—950°С. Чем меньше углерода в стали, тем выше температура нагрева для цементация. При этих температурах атомарный углерод адсорбируется на поверхности стали и диффундирует в глубь металла. В результате цементации содержание углерода в поверхностном слое составляет 0,8—1,0%. Более высокая концентрация углерода способствует охрупчиванию цементованного слоя.

Цементованный слой имеет переменную концентрацию углерода по толщине, которая уменьшается от поверхности к сердцевине. В связи с этим после медленного охлаждения в структуре цементованного слоя можно различить три зоны: заэвтектоидную, состоящую из перлита и цементита вторичного;

эвтектоидную, состоящую из перлита;

доэвтектоидную, состоящую из перлита и феррита.

За толщину цементованного слоя обычно принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зон. Обычно толщина слоя для большинства стаей составляет 0,8—1,4 мм.

Различают два вида цементации: твердую и газовую. Среда, в которой проводят цементацию, называется карбюризатором.

Цементация в твердой среде Карбюризатором является активированный древесный уголь (дубовый или березовый), а также каменноугольный полукокс и торфяной кокс. Для ускорения процесса к древесному углю добавляют активизаторы — углекислый барий, кальцинированную соду, поташ.

Подготовленные для цементации изделия укладывают в металлический ящик.

Предварительно в ящик насыпают слой карбюризатора 20—30 см. Детали укладывают слоями на расстоянии 10—15 мм друг от друга. Каждый слой деталей засыпают карбюризатором и на него укладывают следующий слой деталей и т. д. Последний слой Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

засыпают карбюризатором и ящик накрывают крышкой, края которой обмазывают огнеупорной глиной или смесью глины с песком. Иногда вместо крышки кладут лист асбеста и сверху обмазывают глиной. После этого ящик помещают в печь с температурой 900—950°С.

В ящике между кусочками угля имеется воздух, кислород которого взаимодействует с углеродом карбюризатора, образуя окись углерода СО. Соприкасаясь с поверхностью деталей, окись углерода диссоциирует.

C O 2 t CO CO CO2 C Выделившийся атомарный углерод диффундирует в глубь металла. Добавление углекислых солей активизирует процесс цементации.

Продолжительность выдержки в печи при температуре цементации зависит от требуемой толщины цементованного слоя. На практике выдержка принимается из расчета роста слоя со скоростью 0,1 мм в час. Например, слой толщиной 1 мм получают за 9,5-10,4 ч.

Для контроля над протеканием процесса и толщины цементованного слоя в ящик вместе с деталями закладывают «свидетели» - образцы диаметром 10—15 мм, изготовленные из той же марки стали, что и деталь. Во время цементации «свидетели» периодически вынимают, ломают и по излому определяют толщину цементованного слоя.

Повышение температуры цементации до 950—1000° С позволяет значительно ускорить процесс, но такой режим применим для наследственно мелкозернистых сталей.

Ящики после цементации охлаждают на воздухе и потом разбирают. Участки изделия, не подлежащие цементации, защищают, нанося гальваническое покрытие медью. После цементации детали подвергают нормализации для измельчения зерна, повторной закалке и низкотемпературному отпуску.

Структура сердцевины зависит от состава стали и режима закалки. У углеродистых сталей она состоит из феррита и сорбита или троостита, а у легированных — из малоуглеродистого мартенсита.

Газовая цементация В настоящее время газовая цементация является основным процессом цементации на заводах массового производства. При газовой цементации сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, можно обеспечить более полную механизацию и автоматизацию процесса, упрощается последующая термическая обработка и, самое главное, можно получить заданную концентрацию углерода в слое.

Цементацию выполняют в шахтных, муфельных или безмуфельных печах непрерывного действия. При цементации в шахтных печах для получения науглероживающей атмосферы применяют метан, керосин, синтин, бензол и т. д. В печах непрерывного действия чаще используют метан. Для получения заданной концентрации углерода (обычно 0,8%) применяют атмосферы с регулируемым потенциалом углерода.

Под углеродным потенциалом атмосферы понимают определенную концентрацию углерода на поверхности цементованного слоя. Для ускорения процесса углеродный потенциал атмосферы в печи меняют по зонам. Вначале его поддерживают высоким, обеспечивающим получение в поверхностном слое концентрации углерода 1,3— 1,4%, а затем его снижают для получения в этом слое оптимального содержания углерода (0,8%).

С этой целью в первую зону, занимающую примерно 2/3 длины печи, подают газ, состоящий из смеси природного (10—15%) и эндотермического (90—85%) газов. Во вторую зону подают только эндотермический газ, находящийся в равновесии с заданной концентрацией углерода (0,8%) на поверхности. При этом за счет диффузии углерода в глубь Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

металла и взаимодействия поверхности детали с эндотермической атмосферой концентрация углерода на поверхности уменьшается и происходит более равномерное его распределение по толщине цементованного слоя.

После газовой цементации применяют закалку (для наследственно мелкозернистых сталей) непосредственно из цементационной печи, предварительно сделав подстуживание до температуры 850—830°С. Заключительной операцией является низкотемпературный отпуск при температуре 160—180° С.

Цианирование и нитроцементация Цианированием называется процесс одновременного насыщения поверхности деталей углеродом и азотом.

На состав и свойства цианированного слоя особое влияние оказывает температура процесса. Повышение температуры цианирования ведет к увеличению содержания углерода в слое, снижение температуры — к увеличению содержания азота. Толщина цианированного слоя также зависит от температуры и продолжительности процесса.

Различают жидкое и газовое цианирование. Газовое цианирование еще называют нитроцементацией. Жидкое цианирование проводят в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий.

Цианирование при температурах 820—850°С позволяет осуществлять закалку непосредственно из ванны. После закалки следует низкотемпературный отпуск.

Цианирование при температурах 820—850°С позволяет получать слои толщиной 0,15 0,35 мм за 30-90 мин. Для получения слоев большой толщины (0,5-2,0 мм) применяют глубокое цианирование при температурах 900-950° С, длительность 1,5-6,0 ч. Глубокое цианирование имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией: меньше продолжительность процесса для получения слоя заданной толщины;

меньше деформация и коробление;

более высокое сопротивление износу и повышенная усталостная прочность.

После цианирования деталь охлаждают на воздухе, повторно нагревают для закалки и проводят низкотемпературный отпуск. Такая обработка необходима в связи с тем, что при температурах цианирования (900—950° С) сильно вырастает зерно аустенита и необходим повторный нагрев для его измельчения. Структура цианированного слоя после закалки такая же, как после цементации.

Недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей. Поэтому цианирование проводят в специально выделенных помещениях с соблюдением мер предосторожности.

Нитроцементацию осуществляют при температурах 840—860°С в газовой смеси из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса зависит от глубины насыщаемого слоя и составляет 1 —10 ч. Толщина слоя колеблется от 0,1 до 1,0 мм.

После нитроцементации изделия подвергают закалке и низкотемпературному отпуску при температуре 160— 180° С.

Низкотемпературное цианирование осуществляется при температурах 540—560°С в расплавленных цианистых слоях. Низкотемпературному цианированию подвергают инструмент из быстрорежущих сталей для повышения его стойкости при резании. В результате такой обработки образуется нитроцементованный слой толщиной 0,02—0,04 мм.

Длительность процесса 1 —1,5 ч.

Азотирование Азотированием называется процесс насыщения поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480—650° С. При этих температурах выделяется атомарный азот, который диффундирует в поверхностные слои детали.

Для азотирования применяют среднеуглеродистые легированные стали. При азотировании легированных сталей азот образует с легирующими элементами устойчивые Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

нитриды, которые придают азотированному слою высокую твердость.

Перед азотированием детали подвергают термической обработке, состоящей из закалки и высокотемпературного отпуска. Затем производят механическую обработку, придающую окончательные размеры изделию.

Участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем (0,001—0,015 мм) олова, нанесенным электролитическим методом, или жидким стеклом. В процессе азотирования олово расплавляется и благодаря поверхностному натяжению удерживается на поверхности стали в виде тонкой непроницаемой для азота пленки. Продолжительность процесса зависит от толщины слоя. Обычно процесс азотирования ведут при температурах 500—520° С. В этом случае получают слои толщиной до 0,5 мм за 24—90 ч.

Для ускорения процесса азотирования применяют двухступенчатый цикл. Вначале азотирование ведут при 500—520°С, а затем температуру повышают до 580—600° С. Это ускоряет процесс в 1,5—2 раза при сохранении высокой твердости азотированного слоя.

В процессе азотирования изменяются размеры деталей за счет увеличения объема поверхностного слоя. Чем выше температура процесса и больше толщина азотированного слоя, тем больше изменение размеров деталей.

Для повышения коррозионной устойчивости изделий азотирование проводят при температуре 600—700°С в течение 15 мин. для мелких деталей и 6—10 ч. для крупных деталей.

Процесс жидкостного азотирования осуществляют при температуре 570°С в расплаве циансодержащих солей. В ходе процесса расплав непрерывно продувается сухим и чистым воздухом, что обеспечивает превращения цианида в цианат, являющийся поставщиком атомов углерода и азота.

Преимуществом жидкостного азотирования является резкое сокращение времени получения насыщенного слоя по сравнению с газовым азотированием (слой толщиной 0,10 0,20 мм получают за 1,5-3 ч). Кроме того, отсутствие водорода в среде способствует повышению вязкости слоя. Недостатком процесса является применение ядовитых солей.

Широкое применение получает ионное азотирование. По сравнению с газовым азотированием оно имеет ряд преимуществ: меньшую продолжительность процесса, более высокое качество азотированного слоя, пониженную хрупкость слоя.

Диффузионная металлизация Диффузионная металлизация - это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. Она может осуществляться в твердых, жидких и газообразных средах.

При диффузионной металлизации в твердых средах применяют порошкообразные смеси, состоящие обычно из ферросплавов с добавлением хлористого аммония.

Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (например, цинк, алюминий).

При газовом способе насыщения применяют летучие хлористые соединения металлов, образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах. Хлориды диссоциируют на поверхности железа и выделяющийся в атомарном состоянии металл диффундирует в железо.

Диффузия металлов в железе идет значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом твердые растворы внедрения, а металлы твердые растворы замещения. Это приводит к тому, что диффузионные слои при металлизации получаются в десятки раз более тонкими. Поверхностное насыщение стали металлами проводится при температурах 900—1200° С.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Алитирование (Al) Алитированием называется процесс насыщения поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до850—900° С) и коррозионную стойкость в атмосфере и в ряде сред.

При алитировании в порошкообразных смесях чистые детали вместе со смесью упаковывают в железный ящик. В рабочую смесь входят: порошковый алюминий (25—50%) или ферроалюминий (50—75%), окись алюминия (25—50%) и хлористый алюминий (~1,0%). Процесс осуществляется при температуре 900—1000°С в течение 3—12 ч.

Реже применяют алитирование в ваннах с расплавленным алюминием. Алитируемые детали погружают в расплавленный алюминий (92—94% А1 и 6—8% Fe). Железо добавляют для того, чтобы предотвратить растворение обрабатываемых деталей в алюминии. Процесс проводят при температурах 700—800°С в течение 45— 90 мин.

Алитирование в расплавленном алюминии отличается от алитирования в порошкообразных смесях простотой метода, быстротой и более низкими температурами.

Основной недостаток процесса — налипание алюминия на поверхность деталей.

Иногда применяют металлизацию поверхности стали алюминием (напыление слоя алюминия на обрабатываемую поверхность) с последующим диффузионным отжигом при температуре 900—1000°С в течение 1—3 ч.

Для предохранения алюминия от окисления во время диффузионного отжига изделие покрывают обмазкой, состоящей из серебристого графита (48%), кварцевого песка (30%), глины (20%), хлористого алюминия(2%) и 20—25% от массы первых четырех составляющих - жидкого стекла.

Алитирование стали металлизацией с последующим диффузионным отжигом в несколько раз дешевле, чем в порошках. Агитированный слой представляет собой твердый раствор алюминия в железе, концентрация алюминия в поверхностном слое достигает 30 40%. Алитированию подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных машин и т. д.

Хромирование (Cr) Хромирование (поверхностное насыщение хромом) проводят для повышения коррозионной стойкости, кислостостойкости, окалиностойкости (до 850° С) и т. д.

Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей повышает твердость и износостойкость.

Хромирование чаще всего проводят в порошкообразных смесях (50% металлического хрома или феррохрома, 49% окиси алюминия и 1% хлористого аммония). Процесс осуществляется при температуре 1000—1050°С. Диффузионный слой, получаемый при хромировании углеродистых сталей, состоит из карбидов хрома. Толщина хромированного слоя достигает 0,15—0,20 мм при длительности процесса 6—15 ч. Чем больше углерода в стали, тем меньше толщина слоя.

Значительно реже применяется газовое хромирование. Процесс проводят в среде, содержащей пары CrCl2. Пары CrCl2 получают пропусканием осушенных Н2 и НС1 через феррохром или хром при температуре 980°С. За 3-5 ч получают слой толщиной 0,06-0,10 мм.

Иногда применяют хромирование в вакууме. Изделия засыпают кусочками (диаметром 1—3 мм) хрома в стальном или керамическом тигле и помещают в вакуумную печь. При высокой температуре (960—1000° С) хром испаряется и диффундирует в сталь.

Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей, а также деталей, работающих в агрессивных средах.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Борирование (B) Борированием называется насыщение стали бором. Борирование проводят с целью повышения стойкости против абразивного износа. Толщина борированных слоев не превышает 0,3 мм.

Широкое распространение получил метод электролизного борирования в расплавленных солях, содержащих бор. Деталь служит катодом в ванне с расплавленной бурой. Температура процесса 900—950° С. Процесс можно вести и без электролиза в ваннах с расплавленными хлористыми солями, в которые добавляют порошкообразный ферробор или карбид бора.

Применяют также и метод газового борирования. В этом случае насыщение бором проводят в среде диборана в смеси с водородом при температуре 850—900° С.

Борированию подвергают втулки грязевых нефтяных насосов, штамповый инструмент и т. д.

Силицирование (Si) Силицированием называется процесс насыщения поверхности стали кремнием. В результате силицирования сталь приобретает высокую коррозионную стойкость в морской воде, в различных кислотах и повышенную износостойкость. Кроме того, силицирование резко повышает окалиностойкость молибдена и некоторых других металлов и сплавов.

Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в -железе.

Силицированный слой несмотря на низкую твердость и значительную пористость после пропитки маслом при температуре 170—200° С имеет повышенную износостойкость.

Силицирование можно проводить в порошкообразных смесях, состоящих из 60% ферросилиция, 39% окиси алюминия и 1 % хлористого аммония, но наиболее часто применяют газовое силицирование. При газовом силицировании при температуре 1000°С в течение 2—4 ч образуется слой толщиной 0,5—1,0 мм.

Силицированию подвергают детали, применяемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности.

В последние годы разработаны и получают промышленное внедрение новые процессы поверхностного насыщения металлов — титанирование и цинкование.

Поверхностно-пластическая деформация Дробеструйный наклёп Упрочнение поверхности, снятие поверхностных напряжений.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Центробежный шариковый наклёп Накатывание стальных шариков 10 20 мм (шарика) p ~ 1600МПа ~ 0,1 0,2 мм Прочность увеличивается в 1,5 2 раза.

Износостойкость в 1,5 2 больше,чем при шлифовке. Для коленчатых валов предел выносливости повышается на 30 50%.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Лекция Способы литья Литье в землю Недостатки этого метода заключаются в том, что поверхность детали получается шероховатой, охлаждение детали происходит очень медленно, то есть производительность будет низкой, также такой детали присущи низкие механические свойства, так как кристаллизация происходит длительное время и образуется крупнозернистая структура у детали.

Литье в оболочковые формы Преимущества этого метода заключаются в высокой точности отлива, также получается низкая шероховатость поверхности и малый расход формовочного материала.

Недостатками этого метода являются ограничения по массе у детали (до 100кг), также формы можно использовать малое число раз (23 раза), что способствует низкой производительности.

Литье по выплавляемым моделям Модель изготавливается из парафина, стеарина, церезина и других материалов. В роли связующего выступает кварцевый песок совместно с этил силикатом.

Недостатком этого метода является то, что используемые формы однократного применения, у которых маленькая толщина оболочки, то есть детали получаются небольших размеров (до 10кг).

Непрерывное литье Достоинства этого метода в том, что допустима неограниченная длина отливки, также осуществима высокая производительность.

Недостатки этого метода – форма изделий представляет собой деталь с однородным сечением.

Литье в кокиль Повышенные механические свойства и плотность Вследствие большой скорости охлаждения жидкого металла в кокиле образуется мелкокристаллическая структура отливок, что способствует повышению их плотности и механических свойств.

Повышенная точность размеров и чистота поверхности отливок Благодаря более точным и стабильным размерам металлических форм и более чистой их поверхности повышается точность размеров и чистота поверхности отливок. Точность отливок из алюминиевых и магниевых сплавов при литье в кокиль на два класса выше, чем при литье в песчаные формы.

Меньшие припуски на механическую обработку Вследствие большей точности и чистоты поверхности отливок при литье в кокиль припуски на механическую обработку отливок на 40—50% меньше, чем при литье в песчаные формы.

Экономия формовочных и вспомогательных материалов При литье в кокиль алюминиевых и магниевых сплавов применяют незначительную часть песчаных стержней, на которые расходуется меньше формовочных и вспомогательных материалов, чем при литье в песчаные формы.

По мере роста удельного веса литья в кокиль в общем производстве отливок расход Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

формовочных и вспомогательных материалов резко снижается. Соответственно уменьшаются грузопоток и затраты на приготовление и транспортировку этих материалов.

Снижение брака Более стабильные условия технологического процесса литья в кокиль по сравнению с литьем в песчаные формы дают возможность снизить брак.

Снижение расхода металла Получение более точных отливок с меньшими припусками на механическую обработку, уменьшение веса литниковой системы, а также увеличение с 20 до 30% использования отходов в шихте при литье в кокиль цветных сплавов позволяет уменьшить черновой вес отливок и снизить расход свежих чушковых материалов. Экономия свежих металлов при литье в кокиль достигает на отдельных отливках от 37 до 75%.

Снижение трудоемкости При литье в кокиль сокращается производственный цикл изготовления отливок, так как исключаются операции приготовления формовочных смесей и формовки, уменьшается объем изготовления и сушки песчаных стержней, плавки металла и отделки отливок. В результате значительно снижается трудоемкость производства отливок.

Снижение себестоимости Перечисленные выше преимущества литья в кокиль приводят к снижению себестоимости отливок из цветных сплавов.

Кроме того, при литье в кокиль облегчается очистка и обрубка литья, значительно уменьшается число применяемого оборудования (формовочных и стержневых машин, очистного и другого технологического и транспортного оборудования). Увеличивается съем литья с квадратного метра производственной площади и резко улучшаются санитарно технические условия труда.

Литье под давлением Литье под давлением является одним из самых прогрессивных методов получения отливок из цветных сплавов.

Сущность процесса литья под давлением состоит в том, что в стальную пресс-форму под большим давлением и с большой скоростью вводится расплавленный металл. При этом происходит мгновенное заполнение всей полости формы любой сложной конфигурации.

Этот метод обеспечивает получение тонкостенных отливок с чистой поверхностью и точными размерами. Литье под давлением по сравнению с другими способами получения отливок имеет ряд преимуществ:

Высокая точность размеров отливки В основном точность размеров отливок соответствует 5-му классу точности по ГОСТу 2689-54. Точность размеров отливки зависит от точности изготовления пресс-формы, состава сплава и его температуры, температуры формы и продолжительности выдержки металла под давлением.

Высокий класс чистоты поверхности отливок Шероховатость поверхности отливок соответствует 6-му классу чистоты по ГОСТу 2789-59. Чистота поверхности отливок зависит в первую очередь от чистоты обработки пресс-формы (ухудшается по мере износа формы) и от применяемых сплавов.

Шероховатость поверхности алюминиевых и магниевых отливок соответствует 5-8-му классу чистоты.

Минимальный объем механической обработки отливок В сочетании с высокой точностью размеров и высокой чистотой поверхности детали, отлитые под давлением, в большинстве случаев не требуют последующей механической обработки.

Минимальный расход металла Этим методом можно изготовлять тонкостенные отливки, получение которых другими методами литья невозможно. Изготовление отливок без припусков на механическую Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

обработку приводит к минимальному расходу дорогостоящих цветных металлов.

Высокая прочность Благодаря быстрому охлаждению отливки приобретают мелкозернистую структуру и повышенную прочность. Чем меньше толщина стенки отливки, тем больше ее прочность.

По сравнению с другими способами литье под давлением позволяет полностью механизировать и автоматизировать технологический процесс получения отливок и имеет самый короткий производственный цикл. Указанные преимущества литья под давлением приводят к значительному повышению производительности труда, улучшению условий труда и снижению себестоимости отливок в несколько раз.

Однако преимущества литья под давлением проявляются главным образом в крупносерийном и массовом производстве, когда очень быстро окупаются затраты на изготовление стальных пресс-форм. Стойкость пресс-форм зависит от применяемых сплавов и является одним из основных факторов, определяющих себестоимость деталей, получаемых литьем под давлением, и целесообразность применения этого способа.

Литье под давлением широко применяется в автомобилестроении, приборостроении, авиационной промышленности, в радиотехнике и электропромышленности, а также и в других отраслях машиностроения. Этому способствует создание все более мощных машин литья под давлением, позволяющих расширить ассортимент отливок, увеличить их габаритные размеры и сложность, а также повысить качество отливок.

Центробежное литье Сущность процесса литья центробежным способом заключается в том, что заполнение формы жидким сплавом и кристаллизация его происходит под воздействием центробежных сил. Центробежным способом получают отливки, имеющие не только форму тел вращения, но и другие фасонные отливки.

Детали, имеющие форму тел вращения, например втулки, вкладыши подшипников, венцы, червячные колеса, барабаны и др., отливают на центробежных машинах с вертикальной или с горизонтальной осью вращения.

Литье центробежным способом цветных сплавов широко распространено. Объясняется это тем, что, наряду с повышением качества литья, значительно снижается расход ценных цветных металлов, уменьшается брак и снижается стоимость отливок.

Одним из преимуществ литья тяжелых цветных сплавов центробежным способом является то, что под действием центробежной силы неметаллические включения, как более легкие, вытесняются на внутреннюю (свободную) поверхность, откуда легко удаляются механической обработкой. Скорость вращения формы связана с температурным интервалом кристаллизации заливаемого сплава. Чем больше интервал кристаллизации, тем больше должна быть скорость вращения формы.

Литье под низким давлением Особенностью этого способа является заполнение формы расплавом снизу вверх непосредственно из печи и кристаллизации отливки под действием низкого давления.

На крышку герметичного металлического тигля, помещенного в электропечь, установлена металлическая форма. Через крышку тигля проходит один или два металлопровода, немного не доходящих до дна тигля. Верхняя часть металлопровода через литниковую втулку сообщается с коллектором литниковой системы. Внутренняя полость отливки оформляется песчаным стержнем, внутри которого находится трубчатый литой каркас. На металлическую форму установлен песчаный стержень с фильтром из стружки.

По трубопроводу в тигель подается сжатый воздух или инертный газ, который, оказывая давление на поверхность сплава, вытесняет его по металлопроводу вверх в литниковую систему и через нее в полость формы.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Сначала расплав подается медленно, затем, достигнув электроконтакта в нижней части формы, включает дополнительное давление пневмосистемы и быстро заполняет полость формы. Достигнув второго электроконтакта, расплав включает прибор, прекращающий дальнейшее повышение давления пневмосистемы. Давление поддерживается на постоянном уровне до полного затвердения отливки. Стружковый фильтр пропускает воздух, вытесняемый из формы поступающим расплавом, но препятствует выходу металла, обеспечивая плавное торможение потока в конце заполнения полости формы.

После затвердевания отливки давление в тигле автоматически сбрасывается, форма раскрывается и отливка извлекается.

Автоматическое управление скоростью заполнения формы металлом впервые осуществлено при разработке машин для литья под низким давлением. Литье под низким давлением применяется при изготовлении сложных крупногабаритных тонкостенных деталей из алюминиевых и магниевых сплавов.

Литье выжиманием Для получения крупногабаритных тонкостенных деталей панельного типа изобрели новый способ литья в металлические формы со сближающимися стенками. Разработанный по этому принципу литейный процесс назван «литье выжиманием».

Залитый в нижнюю часть раскрытой формы (металлоприемник) жидкий сплав по мере сближения стенок закрывающейся формы поднимается и заполняет ее. При этом на стенках формы идет наращивание кристаллизующегося сплава, удаление избытка расплава наружу и соединение в одно целое закристаллизовавшегося сплава.

Литье выжиманием имеет следующие две особенности, определяющие его сущность как метода получения тонкостенных деталей с большой поверхностью:

1. Процесс заполнения формы расплавом происходит сплошным потоком, сечение которого во много раз превосходит толщину стенки отливки. В результате намного снижаются гидравлические потери при заполнении полости формы и создаются условия замедленной кристаллизации сплава.

2. Формообразование отливки происходит в процессе сжимания потока жидкого сплава в два этапа. Сначала сплав кристаллизуется на стенках формы в виде корки с постепенным наращиванием толщины слоя за счет расплава, непрерывно подаваемого из металлоприемника в зоны кристаллизации. Затем корки соединяются в цельную отливку с одновременным удалением избытка жидкого металла вместе с находящимися в нем загрязнениями.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Лекция Конструкционные материалы Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам Конструкционными называют материалы, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергающиеся механическим нагрузкам.

Делали машин и приборов характеризуются большим разнообразием форм, размеров, условий эксплуатации. Они работают при статических, циклических и ударных нагрузках, при низких и высоких температурах, в контакте с различными средами. Эти факторы определяют требования к конструкционным материалам, основные из которых эксплуатационные, технологические и экономические.

Эксплуатационные требования имеют первостепенное значение. Для того, чтобы обеспечить работоспособность конкретных машин и приборов, конструкционный материал должен иметь высокую конструкционную прочность.

Конструкционной прочностью называется комплекс механических свойств, обеспечивающих надежную и длительную работу материала в условиях эксплуатации.

Механические свойства, определяющие конструкционную прочность и выбор конструкционного материала, рассмотрены ниже. Требуемые характеристики механических свойств материала для конкретного изделия зависят не только от силовых факторов, но и воздействия на него рабочей среды и температуры.

Среда - жидкая, газообразная, ионизированная, радиационная, в которой работает материал, оказывает существенное и преимущественно отрицательное влияние на его механические свойству, снижая работоспособность деталей. В частности, рабочая среда может вызывать повреждение поверхности вследствие коррозионного растрескивания, окисления и образования окалины, изменение химического состава поверхностного слоя в результате насыщения нежелательными элементами. Кроме того, возможны разбухание и местное разрушение материала в результате ионизационного и радиационного облучения.

Для того чтобы противостоять рабочей среде, материал должен обладать не только механическими, но и определенными физико-химическими свойствами: стойкостью к электрохимической коррозии, жаростойкостью, радиационной стойкостью, влагостойкостью, способностью работать в условиях вакуума и др.

В некоторых случаях важно также требование определенных магнитных, электрических, тепловых свойств, высокой стабильности размеров деталей (особенно высокоточных деталей приборов).

Технологические требования направлены на обеспечение наименьшей трудоемкости изготовления деталей и конструкций. Технологичность материала характеризуют возможные методы его обработки. Она оценивается обрабатываемостью резанием, давлением, свариваемостью, способностью к литью, а также прокаливаемостью, склонностью к деформации и короблению при термической обработке. Технологичность материала имеет важное значение, так как от нее зависят производительность и качество изготовления деталей.

Экономические требования сводятся к тому, чтобы материал имел невысокую стоимость и был доступным. Стали и сплавы по возможности должны содержать минимальное количество легирующих элементов. Использование материалов, содержащих легирующие элементы, должно быть обосновано повышением эксплуатационных свойств деталей. Экономические требования, так же как и технологические, приобретают особое значение при массовом масштабе производства.

Таким образом, качественный конструкционный материал должен удовлетворять комплексу требований.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Прочность конструкционных материалов и критерии ее оценки Конструкционная прочность - комплексная характеристика, включающая сочетание критериев прочности, надежности и долговечности.

Критерии прочности материала выбирают в зависимости от условий его работы.

Критериями прочности при статистических нагрузках являются временное сопротивление или предел текучести, характеризующие сопротивление материала пластической деформации. Поскольку при работе большинства деталей пластическая деформация недопустима, то их несущую способность, как правило, определяют по пределу текучести.

Для приближенной оценки статической прочности используют твердость НВ.

Большинство деталей машин испытывает длительные циклические нагрузки. Критерий их прочности - предел выносливости. По величине выбранных критериев прочности рассчитывают допустимые рабочие напряжения. При этом, чем больше прочность материала, тем больше допустимые рабочие напряжения и тем самым меньше размеры и масса детали. Однако повышение уровня прочности материала и, как следствие, рабочих на пряжений сопровождается увеличением упругих деформаций.

Для ограничения упругой деформации материал должен обладать высоким модулем упругости (или сдвига), являющимся критерием его жесткости. Именно критерии жесткости, а не прочности обусловливают размеры станин станков, корпусов редукторов и других дета лей, от которых требуется сохранение точных размеров и формы.

Возможно и противоположное требование. Для пружин, мембран и других чувствительных упругих элементов приборов, наоборот, важно обеспечить большие упругие перемещения. Для материалов, используемых в авиационной и ракетной технике, важное значение имеет эффективность материала по массе.

Таким образом, в качестве критериев конструкционной прочности выбирают те характеристики, которые наиболее полно отражают прочность в условиях эксплуатации.

Надежность - свойство материала противостоять хрупкому разрушению. Хрупкое разрушение вызывает внезапный отказ деталей в условиях эксплуатации. Оно считается наиболее опасным из-за протекания с большой скоростью при напряжениях ниже расчетных, а также возможных аварийных последствий.

Для предупреждения хрупкого разрушения конструкционные материалы должны обладать достаточной пластичностью и ударной вязкостью. Однако эти параметры надежности, определенные на небольших лабораторных образцах без учета условий эксплуатации конкретной детали, достаточно показательны лишь для мягких малопрочных материалов. Необходимо также учитывать то, что в условиях эксплуатации действуют факторы, дополнительно снижающие их пластичность, вязкость и увеличивающие опасность хрупкого разрушения. К таким факторам относятся концентраторы напряжений (надрезы), понижение температуры, динамические нагрузки, увеличение размеров деталей.

Для того чтобы избежать внезапных поломок в условиях эксплуатации, необходимо учитывать трещиностойкость материала. Трещиностойкость - группа параметров надежности, характеризующих способность материала тормозить развитие трещины.

Количественная оценка трещиностойкости основывается на линейной механике разрушения. В соответствии с ней очагами разрушения высокопрочных материалов служат небольшие трещины эксплуатационного или технологического происхождения. Трещины являются острыми концентраторами напряжений, местные (локальные) напряжения, в вершине которых могут во много раз превышать средние расчетные напряжения.

Долговечность - свойство материала сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени. Причины потери работоспособности разнообразны: развитие процессов усталости, изнашивания, ползучести, коррозии, радиационного разбухания и пр. Эти процессы вызывают постепенное накопление необратимых повреждений в материале и его разрушение. Обеспечение долговечности материала означает уменьшение до требуемых значений скорости его разрушения.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Для большинства деталей машин долговечность определяется сопротивлением материала усталостным разрушениям (циклической долговечностью) или сопротивлением изнашиванию. Поэтому эти причины потери работоспособности материала требуют подробного рассмотрения.

Циклическая долговечность характеризует работоспособность материала в условиях многократно повторяющихся циклов напряжений. Цикл напряжения - совокупность изменения напряжения между двумя его предельными значениями max и min в течение периода Т.

Процессы постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящие к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, называют усталостью, а свойство противостоять усталостивыносливостью.

Износостойкость - свойство материала оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию. Изнашивание - процесс постепенного разрушения поверхностных слоев материала путем отделения его частиц под влиянием сил трения.

Результат изнашивания называют износом. Его определяют по изменению размеров, уменьшению объема или массы. Износостойкость материала оценивают величиной, обратной скорости изнашивания.

Классификация конструкционных материалов Перечень конструкционных материалов, применяемых в машино- и приборостроении, велик, и классифицировать их можно по разным признакам. Большинство из них, такие, как стали, чугуны, сплавы на основе меди и легких металлов, являются универсальными. Они обладают многочисленными достоинствами и используются в различных деталях и конструкциях.

Наряду с универсальными применяют конструкционные материалы определенного функционального назначения: жаропрочные, материалы с высокими упругими свойствами, износостойкие, коррозионно- и жаростойкие.

Классификация подразделяет конструкционные материалы по свойствам, определяющим выбор материала для конкретных деталей конструкций. Каждая группа материалов оценивается соответствующими критериями, обеспечивающими работоспособность в эксплуатации. Универсальные материалы рассматриваются в нескольких группах, если возможность применения их определяется различными критериями. В соответствии с выбранным принципом классификации все конструкционные материалы подразделяют на следующие группы:

1. Материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность 2. Материалы с особыми технологическими свойствами 3. Износостойкие материалы 4. Материалы с высокими упругими свойствами 5. Материалы с малой плотностью 6. Материалы с высокой удельной прочностью 7. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочности Детали машин и приборов, передающих нагрузку, должны обладать жесткостью и прочностью, достаточными для ограничения упругой и пластической деформации, при гарантированной надежности и долговечности. Из многообразия материалов в наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют сплавы на основе железа — чугуна и особенно стали. Стали обладают высоким наследуемым от железа модулем упругости и тем самым высокой жесткостью, уступая в этом лишь бору, вольфраму, молибдену, бериллию, которые из-за высокой стоимости используются только в специальных случаях. Высокая жесткость и Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

доступность обусловливают широкое применение сталей для изготовления строительных металлоконструкций, корпусных деталей, ходовых винтов станков, валов и многих других деталей машин.

Высокую жесткость стали сочетают с достаточной статической и циклической прочностью, значение которой можно регулировать в широком диапазоне изменением концентрации углерода, легирующих элементов и технологии термической и химико термической обработки.

Применяемые в технике сплавы на основе меди, алюминия, магния, титана, а также пластмассы уступают стали по жесткости, прочности или надежности. Кроме комплекса этих важных для работоспособности деталей свойств, стали могут обладать и рядом других ценных качеств, делающих их универсальным материалом. При соответствующем легировании и технологии термической обработки сталь становится износостойкой, либо коррозионно-стойкой, либо жаростойкой и жаропрочной, а также приобретает особые магнитные, тепловые или упругие свойства. Стали свойственны также хорошие технологические свойства. К тому же она сравнительно недорога. Вследствие этих достоинств сталь - основной металлический материал промышленности.

Классификация конструкционных сталей Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре и прочности.

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. По концентрации углерода те и другие подразделяют на низкоуглеродистые ( 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,7% С) и высокоуглеродистые ( 0,7% С). Легированные стали в зависимости от введенных элементов подразделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромокремнемарганцевые и многие другие. По количеству введенных элементов их разделяют на низко-, средне- и высоколегированные. В низколегированных сталях количество легирующих элементов не превышает 5%, в среднелегированных содержится от 5 до 10%, в высоколегированных - более 10%.

По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей - серы и фосфора. Газы являются скрытыми, количественно трудно определяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству.

Стали обыкновенного качества содержат до 0,055% S и 0,045% Р, качественные - не более 0,04% S и 0,035% Р, высококачественные - не более 0,025% S и 0,025% Р, особовысококачественные - не более 0,015% S и 0,025% Р.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление - процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие слали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si 0,07%), но с повышенным количеством газообразных примесей.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

между спокойными и кипящими.

При классификации стали по структуре учитывают особенности ее строения в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса: 1) доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит;

2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита;

3) аустенитные;

4) ферритные. Углеродистые стали могут быть первых двух классов, легированные - всех классов.

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали Сталь — сложный по составу железоуглеродистый сплав. Кроме железа и углерода основных компонентов, а также возможных легирующих элементов, сталь содержит некоторое количество постоянных и случайных примесей, влияющих на ее свойства.


Углерод, концентрация которого в конструкционных сталях достигает 0,8%, оказывает определяющее влияние на их свойства. Степень его влияния зависит от структурного состояния стали, ее термической обработки.

После отжига углеродистые конструкционные стали имеют ферритно-перлитную структуру, состоящую из двух фаз - феррита и цементита. Количество цементита, который отличается высокой твердостью и хрупкостью, увеличивается пропорционально концентрации углерода. В связи с этим, по мере повышения содержания углерода, увеличиваются прочность и твердость, но снижаются пластичность и вязкость стали.

Влияние углерода еще более значительно при неравновесной структуре стали. После закалки на мартенсит временное сопротивление легированных сталей интенсивно растет по мере увеличения содержания углерода и достигает максимума при 0,4%С. При большей концентрации углерода становится нестабильным из-за хрупкого разрушения стали, о чем свидетельствуют низкие значения ударной вязкости. При низком отпуске механические свойства полностью определяются концентрацией углерода в твердом растворе.

Углерод изменяет и технологические свойства стали. При увеличении его содержания снижается способность сталей деформироваться в горячем и особенно в холодном состояниях, затрудняется свариваемость.

Постоянные примеси в стали: марганец, кремний, сера, фосфор, а также газы:

кислород, азот, водород.

Марганец - полезная примесь;

вводится в сталь для раскисления и остается в ней в количестве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Кремний - полезная примесь;

вводится в сталь в качестве активного раскислителя и остается в ней в количестве до 0,4%, оказывая упрочняющее действие.

Сера - вредная примесь, вызывающая красноломкость стали - хрупкость при горячей обработке давлением. В стали она находится в виде сульфидов. Красноломкость связана с наличием сульфидов, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления (988 °С) и располагающуюся по границам зерен. При горячей деформации границы зерен оплавляются, и сталь хрупко разрушается. От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды, исключающие образование легкоплавкой эвтектики. Устраняя красноломкость, сульфиды, так же как и другие неметаллические включения (оксиды, нитриды и т. п.), служат концентраторами напряжений, снижают пластичность и вязкость стали. Содержание серы в стали строго ограничивают. Положительное влияние серы проявляется лишь в улучшении обрабатываемости резанием.

Фосфор - вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но вызывает хладноломкость - снижение вязкости по мере понижения температуры. Сильное охрупчивающее действие фосфора выражается в повышении порога хладноломкости.

Каждая 0,01 % Р повышает порог хладноломкости на 25 °С. Хрупкость стали, вызываемая фосфором, тем выше, чем больше в ней углерода.

Фосфор - крайне нежелательная примесь в конструкционных сталях. Однако Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

современные методы выплавки и переплавки не обеспечивают его полного удаления.

Основной путь его снижения - повышение качества шихты.

Кислород, азот и водород - вредные скрытые примеси. Их влияние наиболее сильно проявляется в снижении пластичности и повышении склонности стали к хрупкому разрушению. Кислород и азот растворяются в феррите в ничтожно малом количестве и загрязняют сталь неметаллическими включениями (оксидами, нитридами). Кислородные включения вызывают красно- и хладноломкость, снижают прочность. Повышенное содержание азота вызывает деформационное старение.

Водород находится в твердом растворе или скапливается в порах и на дислокациях.

Хрупкость, обусловленная водородом, проявляется тем резче, чем выше прочность материала и меньше его растворимость в кристаллической решетке.

Случайные примеси - элементы, попадающие в сталь из вторичного сырья или руд отдельных месторождений. Из скрапа в сталь попадает сурьма, олово и ряд других цветных металлов. Сталь, выплавленная из уральских руд, содержит медь, из керченских - мышьяк.

Случайные примеси в большинстве случаев оказывают отрицательное влияние на вязкость и пластичность стали.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы железо-углерод. Это объясняется тем, что в технике наиболее широко применяют железоуглеродистые сплавы.

Имеются две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе железо-карбид железа (цементит), и стабильная, характеризующая превращение в системе железо - графит.

На то, что система железо - графит является более стабильной, чем система железо цементит, указывает тот факт, что при нагреве до высоких температур цементит распадается на железо и графит, т. е. переходит в более стабильное состояние.

Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом Железо и углерод — элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 1539°С имеет две модификации - и. Модификация Fe, существует при температурах до 911°С и от 1392 до 1539°С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм. Важной особенностью Fe является его ферромагнетизм ниже температуры 768 С, называемой точкой Кюри.

Модификация Fe существует в интервале температур от 911 до 1392°С и имеет ГЦК решетку, период которой при 911°С равен 0,364 им. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК решетка. В связи с этим при переходе Fe в Fe объем железа уменьшается приблизительно на 1%.

Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его метастабильную модификацию.

При высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз.

Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.

Феррит (обозначают Ф) - твердый раствор внедрения углерода в Fe. Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите мала и составляет 0,02%, в высокотемпературном-0,1%. Столь низкая растворимость углерода в Fe обусловлена малым размером межатомных пор в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена размещаться в дефектах.

Аустенит (обозначают А) - твердый раствор внедрения углерода в Fe. Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Fe значительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (НВ 1600-2000) при температуре 20-25 °С.

Цементит (обозначают Ц) - карбид железа Fe3 C. Содержит 6,69 %С и имеет сложную Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит тверд (НВ 8000) и хрупок. Он слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при температуре 210°С. Температуру плавления цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. Она установлена равной 1260°С при нагреве лазерным лучом.

Графит - углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок.

Превращения в сплавах системы железо-цементит Диаграмма состояния Fe-Fe3C характеризует фазовый состав и превращения в системе железо - цементит (6,69 % С). Особенность диаграммы - наличие на оси составов двух шкал, показывающих содержание углерода и цементита. Координаты характерных точек диаграммы приведены в таблице. Точка А определяет температуру плавления чистого железа, а точка D - температуру плавления цементита. Точки N и G соответствуют температурам полиморфных превращений железа. Точки H и Р характеризуют предельную концентрацию углерода соответственно в высокотемпературном и низкотемпературном феррите. Точка Е определяет наибольшую концентрацию углерода в аустените. Значения остальных точек будут ясны после проведенного анализа диаграммы.

Обозначение Температура, Концентрация точки на °С углерода, % диаграмме А 1539 Н 1499 0, J 1499 0, В 1499 0, N 1392 D 1260 6, Е 1147 2, С 1147 4, F 1147 6, G 911 Р 727 0, S 727 0, К 727 6, Характерные точки диаграммы состояния железо-цементит Диаграмма состояния Fe-Fe3C Превращения в сплавах системы Fe-Fe3C происходят как при затвердевании жидкой фазы, так и в твердом состоянии. Первичная кристаллизация идет в интервале температур, определяемых на линиях ликвидус (ABCD) и солидус (AHJECF). Вторичная кристаллизация вызвана превращением железа одной модификации в другую и переменной растворимостью углерода в аустените и феррите;

при понижении температуры эта растворимость уменьшается. Избыток углерода из твердых растворов выделяется в виде цементита. Линии Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

ES и PQ характеризуют изменение концентрации углерода в аустените и феррите соответственно. Цементит имеет почти неизменный состав (двойная вертикальная линия DFKL). Цементит, выделяющийся из жидкости, называют первичным;

цементит, выделяющийся из аустенита - вторичным;

цементит, выделяющийся из феррита - третичным.

Соответственно линию CD на диаграмме состояния называют линией первичного цементита, ES- линией вторичного цементита;

PQ-линией третичного цементита. В системе железо цементит происходят три изотермических превращения:

перитектическое превращение на линии HJB (1499°С) ФН + ЖВAJ эвтектическое превращение на линии ECF (1147 °С) ЖС [АE + Ц] эвтектоидное превращение на линии PSK (727 °С) АS [ФР + Ц] Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом, а эвтектоидная смесь феррита и цементита - перлитом.


Эвтектоид - перлит (содержит 0,8 %С) и эвтектику-ледебурит (4,3 %С) рассматривают как самостоятельные структурные составляющие, оказывающие заметное влияние на свойства сплавов. Перлит чаще всего имеет пластинчатое строение и является прочной структурной составляющей. При охлаждении ледебурита до температур ниже линии SK входящий в него аустенит превращается в перлит, и при температуре 20-25°С ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. В этой структурной составляющей цементит образует сплошную матрицу, в которой размещены колонии перлита. Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердости ( НВ 6000) и хрупкости. Присутствие ледебурита в структуре сплавов обусловливает их неспособность к обработке давлением, затрудняет обработку резанием.

Железоуглеродистые сплавы подразделяют на две группы: стали, содержащие до 2,14%С, и чугуны.

Диаграмма состояния железо - легирующий элемент с открытой -областью Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Диаграмма состояния железо - легирующий элемент с замкнутой -областью: а - открытая -область;

б - закрытая -область Влияние легирующих элементов на протяженность замкнутой -области Углеродистые стали На долю углеродистых сталей приходится 80% от общего объема. Это объясняется тем, что эти стали дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. При одинаковом содержании углерода по обрабатываемости резанием и давлением они значительно превосходят легированные стали.

Однако углеродистые стали менее технологичны при термической обработке. Из-за высокой критической скорости закалки углеродистые стали охлаждают в воде, что вызывает значительные деформации и коробление деталей. Кроме того, для получения одинаковой прочности с легированными сталями их следует подвергать отпуску при более низкой температуре, поэтому они сохраняют более высокие закалочные напряжения, снижающие конструкционную прочность.

Главный недостаток углеродистых сталей - небольшая прокаливаемость (до 12 мм), что существенно ограничивает размер деталей, упрочняемых термической обработкой. Крупные Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

детали изготовляют из сталей без термического упрочнения. По статической прочности углеродистые стали относятся преимущественно к сталям нормальной прочности.

Углеродистые конструкционные стали выпускают обыкновенного качества и качественные.

Легированные стали Маркировка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать хром - X, никель - Н, марганец Г, кремний-С, молибден-М, вольфрам-В, титан-Т, ванадий-Ф, алюминий - Ю, медь-Д, нио бий - Б, бор-Р, кобальт-К. Цифра, стоящая после буквы, указывает на примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если цифра отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1 %.

Две цифры в начале марки конструкционной легированной стали показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20ХНЗА в среднем содержит 0,20%С, 1 % Сг и 3 % Ni. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная.

Особовысококачественные стали имеют в конце марки букву Ш.

Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, электротехнических - с буквы Э, автоматных - с буквы А.

Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей Легирующие элементы вводят для повышения конструкционной прочности стали.

Легированные стали производят качественными, высококачественными или особовысококачественными. Их применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на свойства феррита, дисперсность карбидной фазы, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна.

В конструкционных сталях феррит — основная структурная составляющая (не менее 90% по объему), во многом определяющая их свойства. Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твердость медленно охлажденного феррита кремний, марганец, никель, т. е. элементы, имеющие отличную от него кристаллическую решетку.

К важнейшим факторам, способствующим повышению конструкционной прочности, относятся снижение при легировании критической скорости закалки и увеличение прокаливаемости. Наиболее эффективно повышает прокаливаемость введение нескольких элементов : Cr + Mo, Cr + Ni, Cr + Ni + Mo и др. При комплексном легировании высокие механические свойства можно получить практически в сечении любого размера, поэтому комплексно-легированные стали применяют для крупных деталей сложной формы.

Большинство легирующих элементов измельчает зерно, что способствует повышению работы развития трещины и снижению порога хладноломкости.

Для обеспечения высокой конструкционной прочности количество легирующих элементов в стали должно быть рациональным. После достижения необходимой прокаливаемости избыточное легирование (за исключением никеля) снижает трещиностойкость и облегчает хрупкое разрушение.

Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Лекция Цветные сплавы Медные сплавы Свойства меди. Медь металл красновато-розового цвета;

кристаллическая ГЦК решетка, полиморфных превращений нет. Медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность. Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы, ленту. Из меди получают тонкую проволоку, медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается. Медь характеризуется высокими теплопроводностью и электропроводимостью, пластичностью и коррозионной стойкостью.

Примеси снижают все эти свойства. По ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99%Cu), М0 (99,97%Cu), M (99,9%Cu), М2 (99,7%Cu), МЗ (99,5%Cu). Наиболее часто встречающиеся в меди примеси подразделяют на три группы.

1. Растворимые в меди элементы Al, Fe, Ni, Zn, Ag повышают прочность и твердость меди и используются для легирования сплавов на медной основе.

2. Нерастворимые элементы РЬ и Bi ухудшают механические свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Образуя легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен основной фазы, они вызывают красноломкость. Причем вредное влияние висмута обнаруживается при его содержании в тысячных долях процента, поскольку его растворимость ограничивается 0,001%. Вредное влияние свинца также проявляется при малых его содержаниях ( 0,04 %). Висмут, будучи хрупким металлом, охрупчивает медь и ее сплавы. Свинец, обладая низкой прочностью, снижает прочность медных сплавов, однако вследствие хорошей пластичности не вызывает их охрупчивания.

Кроме того, свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием медных сплавов, поэтому применяется для легирования двухфазных сплавов меди.

3. Нерастворимые примеси O, S, Se, Tl присутствуют в меди и ее сплавах в виде промежуточных фаз, которые образуют с медью эвтектики с высокой температурой плавления и не вызывают красноломкости. Кислород при отжиге меди в водороде вызывает «водородную болезнь», которая может привести к разрушению металла при обработке давлением или эксплуатации готовых деталей.

Механические свойства меди в большой степени зависят от ее состояния и в меньшей от содержания примесей. Высокая пластичность чистой отожженной меди объясняется большим количеством плоскостей скольжения. Холодная пластическая деформация (достигающая 90% и более) увеличивает прочность, твердость, предел упругости меди, но снижает пластичность и электрическую проводимость. При пластической деформации возникает текстура, вызывающая анизотропию механических свойств меди. По электропроводимости и теплопроводности медь занимает второе место после серебра. Она применяется для проводников электрического тока и различных теплообменников, водоохлаждаемых изложниц, поддонов, кристаллизаторов.

Недостатки меди: высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.

Общая характеристика и классификация медных сплавов. Сохраняя положительные качества меди (высокие теплопроводность и электропроводимость, коррозионную стойкость и др.), медные сплавы обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами.

Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, растворимые в Cu, Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность.

Высокая пластичность - отличительная особенность медных сплавов. По прочности медные Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

сплавы уступают сталям.

По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные;

по способности упрочняться с помощью термической обработки - на упрочняемые и неупрочняемые. По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.

Латунями называются сплавы меди с цинком. Они бывают двойными (простые) и многокомпонентными (легированные). Двойные деформируемые латуни маркируются буквой Л (латунь) и цифрой, показывающей среднее содержание меди в процентах. Латуни с содержанием 90% Cu и более называются томпаком (Л96), при 80 - 85%Cu — полутомпаком (Л80). В марках легированных латуней кроме цифры, показывающей содержание меди, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах легирующих элементов. Алюминий в медных сплавах обозначают буквой А, никель-Н, олово-О, свинец С, фосфор-Ф, железо-Ж, кремний-К, марганец-Мц, бериллий-Б, цинк-Ц. Например, ЛАН59 3-2 содержит 59%Cu, 3% Аl, 2% Ni. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его название. Например, ЛЦ40МцЗА содержит 40% Zn, 3% Mn, 1% Al.

Бронзами называются сплавы меди со всеми элементами кроме цинка. Название бронзам дают по основным элементам. Так, их подразделяют на оловянные, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и др. В бронзах в качестве легирующей добавки может присутствовать цинк. Деформируемые бронзы маркируют буквами Бр (бронза), за которыми следуют буквы, а затем цифры, обозначающие название и содержание в процентах легирующих элементов. Например, БрОЦС4-4-2,5 содержит 4% Sn, 4 % Zn, 2,5 % Pb. Сплавы меди с никелем имеют названия: мельхиоры, куниали, нейзильберы. В марках литейных бронз содержание каждого легирующего элемента ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, БрО6Ц6СЗ содержит 6% Sn, 6% Zn, 3% Pb.

Свойства промышленных латуней, обрабатываемых давлением Массовая доля, % в 0, Латунь,% HB Прочих Cu MПа элементов Л90 88-91 - 260 120 45 Л68 67-70 - 320 91 55 Л63 62-65 - 330 110 50 Л 60 59-62 - 380 160 25 ЛА77-2 76-79 1,75-2,5 А1 400 140 55 ЛАН59-3-2 57-60 2,5-3,5 А1 380 300 50 2-3 Ni ЛН65-5 64-67 5-6,5 Ni 400 170 65 ЛЖМц59- 1-1 57-60 0,1-0,4 Al 450 170 50 0,6-1,2 Fe 0,5-0,8 Mn 0,3-0,7 Sn ЛМц58-2 57-60 1-2 Mn 400 160 40 ЛО70-1 69-71 1-1,5 Sn 350 100 60 ЛС59-1 57-60 0,8-1,9 Pb 400 140 45 ЛК80-3 79-81 2,5-4 Si 300 200 58 Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

Сплавы на основе алюминия Свойства алюминия. Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Он не имеет полиморфных превращений и кристаллизируется в решетке гранецентрированного куба.

Алюминий обладает малой плотностью, хорошими теплопроводностью и электропроводимостью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Примеси ухудшают все эти свойства.

Постоянные примеси алюминия Fe, Si, Cu, Zn, Ti. В зависимости от содержания примесей первичный алюминий подразделяют на три класса: особой чистоты А999 (0,001% примесей), высокой чистоты А995, А99, А97, А95 (0,005-0,05% примесей) и технической чистоты А85, А8 и др. (0,15-1% примесей). Технический алюминий, выпускаемый в виде деформируемого полуфабриката (листы, профили, прутки и др.), маркируют АД0 и АД1.

Механические свойства алюминия зависят от его чистоты и состояния. Увеличение содержания примесей и пластическая деформация повышают прочность и твердость алюминия. Ввиду низкой прочности алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от материала требуется легкость, свариваемость, пластичность. Так, из него изготовляют рамы, двери, трубопроводы, фольгу, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуду и др. Благодаря высокой теплопроводности он используется для различных теплообменников, в промышленных и бытовых холодильниках.

Высокая электропроводимость алюминия способствует его широкому применению для конденсаторов, проводов, кабелей, шин и др.

Механические свойства алюминия в 0, Сумма,% Марка примесей, % Состояние HB MПа Литой 50 - 45 А995 0, Литой 75 - 29 А5 0. Литой 90 - 25 АО Деформированный и 90 30 30 отожженный Деформированный 140 100 12 Из других свойств алюминия следует отметить его высокую отражательную способность, в связи с чем он используется для прожекторов, рефлекторов, экранов телевизоров. Алюминий имеет малое эффективное поперечное сечение захвата нейтронов.

Он хорошо обрабатывается давлением, сваривается газовой и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием. Алюминий имеет большую усадку затвердевания. Высокая теплота плавления и теплоемкость способствуют медленному остыванию алюминия из жидкого состояния, что дает возможность улучшать отливки из алюминия и его сплавов путем модифицирования, рафинирования и других технологических операций.

Общая характеристика и классификация алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы характеризуют высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Временное сопротивление алюминиевых сплавов достигает 500 — 700 МПа при плотности не более 2850 кг/м3. По удельной прочности некоторые алюминиевые сплавы приближаются или соответствуют высокопрочным сталям. Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую коррозионную стойкость (за исключением сплавов с медью), высокие теплопроводность и электропроводимость и хорошие технологические свойства (обрабатываются давлением, свариваются точечной сваркой, а специальные - сваркой плавлением, в основном хорошо обрабатываются резанием). Алюминиевые сплавы пластичнее магниевых и многих Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

пластмасс. Большинство из них превосходят магниевые сплавы по коррозионной стойкости, пластмассы - по стабильности свойств.

Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Cu, Mg, Si, Mn, Zn;

реже-Li, Ni, Ti. Многие легирующие элементы образуют с алюминием твердые растворы ограниченной переменной растворимости и промежуточные фазы. Это дает возможность подвергать сплавы упрочняющей термической обработке. Она состоит из закалки на пересыщенный твердый раствор и естественного или искусственного старения.

Легирующие элементы, особенно переходные, повышают температуру рекристаллизации алюминия. При кристаллизации они образуют с алюминием пересыщенные твердые растворы. В процессе гомогенизации и горячей обработки давлением происходит распад твердых растворов с образованием тонкодисперсных частиц интерметаллидных фаз, препятствующих прохождению процессов рекристаллизации и упрочняющих сплавы. Это явление получило название структурного упрочнения, а применительно к прессованным полуфабрикатам - пресс-эффекта. По этой причине некоторые алюминиевые сплавы имеют температуру рекристаллизации выше температуры закалки. Для снятия остаточных напряжений в нагартованных полуфабрикатах (деталях), полученных холодной обработкой давлением, а также в фасонных отливках проводят низкий отжиг.

Конструкционная прочность алюминиевых сплавов зависит от примесей Fe и Si. Они образуют в сплавах нерастворимые в твердом растворе фазы. Независимо от формы (пластинчатой, игольчатой и др.) кристаллы этих фаз снижают пластичность, вязкость разрушения, сопротивление развитию трещин. Легирование сплавов марганцем уменьшает вредное влияние примесей, так как он связывает их в четвертую фазу, кристаллизирующуюся в компактной форме. Однако более эффективным способом повышения конструкционной прочности является снижение содержания примесей с 0,5-0,7% до 0,1-0,3% (чистый сплав), а иногда и до сотых долей процента (сплав повышенной чистоты). В первом случае к марке сплава добавляют букву Ч, например, Д16Ч, во втором ПЧ, например, В95ПЧ. Особенно значительно повышаются характеристики пластичности и вязкости разрушения в направлении, перпендикулярном пластической деформации.

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления (деформируемые, литейные, спеченные), способности к термической обработке (упрочняемые и неупрочняемые) и свойствам.

Сплавы на основе магния Свойства магния. Магний-металл серебристо-белого цвета. Он не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в плотноупакованной гексагональной решетке.

Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.

Теплопроводность магния в 1,5, а электропроводимость — в 2 раза ниже, чем у алюминия.

Примерно в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, и его модуль нормальной упругости. Однако они близки по удельной жесткости. В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния (ГОСТ 804-72): Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг (99,90% Mg). Примеси Fe, Si, Ni, Си понижают и без того низкие пластичность и коррозионную стойкость. При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623°С на воздухе воспламеняется. Это затрудняет плавку и разливку магния и его сплавов.

Порошок, тонкая лента, мелкая стружка магния представляют большую опасность, так как самовозгораются на воздухе при обычных температурах, горят с выделением большого количества теплоты и излучением ослепительно яркого света.

Общая характеристика и классификация магниевых сплавов. Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Временное сопротивление отдельных сплавов достигает 250-400 МПа. Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются Al, Zn, Mn. Для дополнительного легирования используют Авторы: студенты гр. ЭСиС- Ахметгареев Р. Р.;

Васильев О. Ю.;

Лазарев Д. В.;

Рощин М. Е.

цирконий, кадмий, церий, ниодим и др. Механические свойства сплавов магния при температуре 20-25°С улучшаются при легировании алюминием, цинком, цирконием.

Цирконий и церий оказывают модифицирующее действие на структуру сплавов магния.

Особенно эффективно модифицирует цирконий. Добавка 0,5-0,7% Zr уменьшает размер зерна магния в 80-100 раз. Это объясняется структурным и размерным соответствием кристаллических решеток. Кроме того, цирконий и марганец способствуют устранению или значительному уменьшению влияния примесей железа и никеля на свойства сплавов. Они образуют с этими элементами промежуточные фазы большой плотности, которые при кристаллизации выпадают на дно тигля, очищая тем самым сплавы от вредных примесей.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.