Свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении

Свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении

Технология конструкционных материалов это комплексная дисциплина, в кот рассматриваются основные сведения о способах производства, м.с материалов и их обработки с целью получения деталей с заданными свойствами и конфигурацией, пригодных для использования в машинах и конструкциях. Конструкционный материалы – это материалы отличающиеся повышенной конструкционной прочностью. Различают 3 вида осн гр к.м.: 1.металические к.м. 2. неметаллические к.м. 3. Композиционные материалы – это сочетание 2х или более материалов химически разнородных и с четкой границей между ними. Композиц материалы должны обладать свойствами, кот не обладает ни один компонент в отдельности. Только при этом условии есть смысл их применения.

Кристалической строение металлов

все Ме в ТВ состоянии имеют кристаллической строение. Атомы кр решетки расположены упорядочено. Расстояние между атомами наз параметрами решетки. Типы кр решетки: ОЦК, ГЦК, ГПУ. С увеличением температуры и давления расстояние между атомами может изменятся. Некоторые Ме в тв состоянии в различных температурных интервалах могут иметь разные кр решетки, что всегда ведет к изменению физико-хим св-в. Существование одного и того же Ме в нескольких кристалич формах наз полиморфизмом. Перестройка кр решетки при критических температурах наз полиморфным превращением.

Кристалич строение сплавов

Сплав – это вещество, полученное сплавлением 2х или более элементов. Элементами сплава м.б. Ме и неметаллы. Эти элементы называются компонентами сплавов. В сплаве кроме основных компонентов могут содержатся примеси. Примеси бывают полезные, улучшающие св-ва сплавов и вредные. Кроме того примеси делят на случайные, попавшие в процессе производства, и специальные, кот вводят для придания сплавам нужных св-в. Кристолич строение сплава более сложное, чем у чистого Ме и зависит от взаимодействия компонентов при кристаллизации. Компоненты в тв сплаве могут образовывать тв р-ры, химические соединения и механич смеси.

Кристолизация сплавов.

Процесс перехода сплава из ж состояния в тв с образованием кр решетки наз первичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации начинает с образование центров кристаллизации. Скорость кристаллизации зависит от скорости зарождения центров и скорости роста кристаллов. Структура сплава зависит от формы, ориентации кр решетки в пространстве и скорости кристаллизации. Кристаллизация сплава обычно начинается от стенок литейной формы. С наиб скоростью кристаллы растут в направлении противоположенном отводу тепла, т.е. перпендикулярно стенки, к оси слитка. Если при кристаллизации рост кристаллов не ограничить, то получатся кристаллы вытянутой древовидной формы – дендриты. А т.к. процесс кристаллизации происходит из многих центров, то верви дендритов во время роста ограничивают др друга и искажаются. Кристаллы неправильной формы наз кристаллитами или зернами. Зерна отличаются различной ориентацией кр решетки. Они повернуты относит др друга на несколько градусов. Кр решетка имеет различные структурные несовершенства: точечные, линейные, пространственные.

Св-ва Ме и сплавов.

Прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость. Внешняя нагрузка в тв теле вызывает напряжения и деформацию. Напряжение - это нагрузка или сила, отнесенная к площади попер сечения. . Напряжение, возникающее в Ме вызывает деформацию. Деформация – это изменение формы и размеров тела под действием внеш сил или в результате физико-химич процессов, протекающих в самом теле. Деформация м.б. упругая, исчезающая после снятия нагрузки и пластическая. При увеличении нагрузки упругая деф переходит в пластич, а при дальнейшем увеличении нагрузки – разрушение тела. Прочность – это способность тв тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статич или динамич нагрузок. Прочность определяется с помощь спец механич испытаний образцов, изготовленных из исследуемого материала. Для определения прочности при статич нагрузках образцы испытывают на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. испытание на растяжение обязательно. Прочность при статич нагрузках оценивают временным сопротивлением (пределом прочности и пределом текучести). Передел прочности – это условное напряжение, соотв наиб нагрузке, предшествующей разрушению образца. Предел текучести – это напряжение при котором начинается пластическое течение Ме. Пластичность – это способность материала получать изменения формы и размеров без разрушения. Пластичность характеризуется отсит удлинением . где l-длина образца после испытания. l0-длина образца до испытания. Прочность при динамич нагрузках оценивают по уд вязкости. Под ударной вязкостью понимают работу удара, отнесенную к начальной площади попер сечения образца в месте концентратора КС=А/F0. Твердость - это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела, не получающего остаточных деформаций при местном контактном воздействии с поверхностным слоем. Значение твердости и размерность для одного и того же материала зависит от применяемого метода измерений. Наиб применение получил метод вдавливания. При этом тв определяют: 1.по диаметру отверстия стального раскаленного шарика [НВ] – матод Бренеля. 2.по глубине вдавливания стального закаленного шарика диаметром 1,5875 мм или алмазного конуса с углом у вершины 120 градусов – метод Роквелла. HRB(шарик), HRA и HRC (конус). 3 по диагонали отпечатка алмазной 4хгранной пирамиды – метод Викерса: HV

Произ-во чугуна

Железные руды содержат железо в различных соединениях в виде оксидов, гидроксидов, карбонатов, а так же пустую породу состоящую из Си2О, Ал2О3, СаО, МгО. К железным рудам относят магнитный железняк (Фе3О4 с содержанием железа 55-60%), красный железняк (Фе2О3, с содержание Фе 55-60%), бурый железняк (смесь гидроксидов Фе2О3*Н2О и 2Фе2О3*3Н2О, содержит 30-40% Фе). Флюсом в доменных печах явл известняк (СаСО3) или доломитезированный железняк (смесь СаСО3 и МгСО3). Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, вход в состав руды, оксидом углерода, водородом и тв углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи. Восстановление газами наз косвенным, тв углеродом – прямым. Восстановление углерода происходит в неск стадий от высшего оксида к нисшему. В рез-те процесса восстановления оксидов Фе, часть оксидов марганца, кремния растворением в ж Фе углерода, марганца, кремния фосфора и серы, в доменных печах образуется чугун, а в рез-те сплавления оксидов СаО, МнО, Ал2О3, пустой породы руды, флюсов и золы топлива образуется шлак

Маркировка сталей.

стали об кач.: ст и цифра от 0 до 6. Цифра марки – порядковый номер. Чем больше цифра, тем больше содержание углерода и прочность. Содержание вредных примесей Р и S – 0,04 и 0,05 соотв-но. качеств стали.: конструкционные кач стали маркируются 2мя цифрами, кот показывают содержание С в сотый долях % (0,5 кп =0,05%С). Кач инструм стали: у и цифра, показывающая содержание С в десятых долях процента. ?У7 – 0,7%С). Высококач инстр стали : У7А

Сущность ОМД

ОМД основана на способности Ме в определенных условиях пластически деформироваться. В рез-те воздействия на деформированное тело полностью восстанавливать исх форму и размеры после снятия внешних сил. При пластич деформациях изменение форм и размеров, вызванное действием внешних сих, сохраняется и после прекращения их действия. Упругая деф хар-ся смещением атомов относит др друга на расстояние меньше межатомного и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исх место. При пластич деф-ях атомы смещаются относит др друга на расстояние больше межатомных. И после снятия внешних сил не возвращаются в исх положение, а занимают новые положения равновесия. Напряжения, вызывающие смещение атомов в новые положения равновесия могут уравновешиваться только силами межатомных взаимодействий. Поэтому под нагрузкой при пластич деформировании, деф состоит из упругой и пластич составляющих. Причем упругая составляющая исчезает при разгрузке, а пластич приводит к остаточному изменению формы и размеров тела. В новые положения равновесия атомы могут переходить в рез-те смещения в определенных параллельных плоскостях без существенного изменения расстояний м/д этими плоскостями. При этом атомы не выходят из зоны силового взаимодействия, и деф происходит без разрушения сплошности Ме, плотность кот не меняется. Скольжение одной части кр решетки относит др происходит по плоскостям наиб плотного размещения атомов – по плоскостям скольжения. В реальным Ме кр реш имеет лин дефекты – дислокации, перемещение кот облегчает скольжение. Вел-на пластич деф небезгранична и при определенных ее значения начинается разрушение Ме. На вел-ну пластич деф, кот можно достич без разрушения оказывают влияние факторы, основные из кот.: 1. механич св-ва Ме и сплавов. 2.Температурно-скоростные условия деформирования. 3.схема напряженного состояния. Посл фактор оказывает наиб влияние на значение предельной деформации. Наиб предельная деф достигается при отсутствии растягивающих напряжений и наличии сжимающих. В таких условиях даже хрупкие мА-лы могут получать пластич деф-ю.

Виды ОМД

процесс обработки Ме давлением по назначению делят на 2 вида: 1. для получения заготовок пост попер сеч-я по длине. Основными разновидностями таких процессов явл прокатка, прессование и волочение. 2.Для получения деталей или заготовок имеющих приближенную форму и размеры готовых деталей. Основными разновидностями таких процессов явл ковка и штамповка. Прокатка – закл в обжатии заготовки м/д вращающимися валками. Силами трения заготовки втягивается в зазор м/д валками, а силами нормальными к пов-ти валков уменьшается поперечные размеры заготовки. Прессование – закл в продавливании заготовки, находящейся в закрытой камере через отверстие матрицы. Волочение – закл в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы. площадь попер сеч заготовки уменьшается и получает форму попер сеч матрицы. Ковка – изменяет форму и размеры заготовки путем последовательного воздействия универсальным инструментом на отдельные участки заготовки. Штамповка – изменяет форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа. Для каждой детали изготавливается свой штамп. Различают объемную и листовую штамповку. При объемной штамповке на заготовку, являющегося обычно отрезком прутка, воздействуют специализированным инструментом – штампом. Ме заполняет полость штампа, приобретает ее форму и размеры. Листовой штамповкой получают плоские и пространственно полые детали, у кот толщина значит меньше их размеров. Заготовка деформируется с помощью пуансона и матрицы.

Прокатное производстсво

При прокатки Ме пластически деформируется вращающийся валиками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков м.б. разными. Выделяют 3 осн вида прокатки: продольная, поперечная, поперечно-винтовая. При продольной прокатке заготовка деформируется м/д 2мя волками, вращающимися в разные стороны и переме-ся перпендик осям валков. При попер прокатки валки вращ-ся в одном направлении, предают вращение заготовки и деформируют ее. При попер-винтовой прокатки валки расположены под углом и сообщают заготовки вращ и поступ движения. В процессе прокатки Ме непрерывно втягивается в зазор м/д валками, под действием сил трения м/д заготовкой и валками. В процессе прокатки уменьшается толщина заготовки, увеличивается длина и ширина. Деформацию заготовки можно определить относит обжатием. Площадь попер сеч заготовки всегда уменьшается. Поэтому для определения деформации используют показатель, наз-ый вытяжкой. Вытяжка обычно составляет обычно 1,1-1,6 за проход. Форму попер сеч прокатной полосы наз профиль. Совокуп форм и размеров профилей, получаемых прокаткой наз-ют сортоментом. Сортомент прокатываемых профилей делят на 4 гр: 1. сортовой прокат (профили простой геометр формы круг, квадрат,прямоуг). 2.листовой прокат. 3.трубы. 4.спец виды проката (колеса,кольца)

Ковка

это вид гор обр-ки давлением, при кот Ме деформируется с помощью универсального инструмента. Нагретую заготовку укладывают на нижний боек, а верхним бойком последов-но деформируют отдельные ее участки. Ме свободно течет в стороны неограниченные рабочими пов-ми и инструмента. В кач-ве кот применяют плоские и фигурные бойки, а так же различный подкладной инструмент. Ковкой получают заготовки для посл мех обработки. Эти заготовки наз-ют коваными поковками или поковками. Процесс ковки состоит из чередования в опред последовательности основных и вспомогательных операций. К основным операциям относятся осадка, протяжка, прошивка, отрубка и гибка. Осадка – операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади попер сечения. Протяжка – операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади попер сечения. Прошивка – операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения Ме. Отрубка – операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента – топора. Гибка – операция придания заготовки изогнутой формы по заданному контуру.

Гор объемная штамповка

т.к. характер течения Ме процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах. штамповка в открытых штампах – характеризуется переменным зазором м/д подвижной и неподвижной частью штампа. В этот зазор вытекает часть Ме – облой, кот закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной Ме полностью заполнить обл штампа. В конечный момент деформирования в облой выжимают излишки Ме, находящийся в полости, что позволяет не предъявлять высоких требований к точности заготовки по массе. Облой затем обрезают в спец штампах. Штамповка в закрытых штампах хар-ся тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор м/ж подвижной и неподвижной частями штампа при этом небольшой и постоянный, так что образование облоя в нем не предусмотрено. В закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке Ме не заполняются угля полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Существенно преимущество закр штампов – уменьшение расхода Ме, поскольку нет отхода в облой.

Холодная штамповка

обычно под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки. Отсутствие окисленного слоя на заготовках при холл штамповке обеспечивает хорошее кач-во пов-ти детали и достаточно высокую точность размеров. Осн разновидности холл объемной штамповки - хол выдавливание, хол высадка, холл штамповка в открытом штампе. При холл выдавливании заготовку помещают в полость, из кот Ме выдавливают в отверстие, имеющиеся в раб инструменте. Выдавливание обычно выполняют на кривошипных или гидравлических прессах в штампах, раб частями которых явл пуансон и матрица. Хол высадку выполняют на спец холодновысадочных автоматах. Штампуют от прутка или проволоки. Пруток подается до упора, поперечным движением ножа отрезается заготовка требуемой длины и с помощью спец мех-ма последовательно переносится в позиции штампа, на кот из заготовки получается деталь. Хол штамповка в открытых штампах закл в придании заготовки формы детали путем заполнения полости штампа Ме заготовки.

ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА

Листовая штамповка – один из видов холодной обработки давлением, при котором листовой материал деформируется в холодном или подогретом состоянии. Толщина заготовки при листовой штамповке обычно не более 10 мм, но иногда может превышать 20 мм, в этом случае штамповка осуществляется с предварительным подогревом до ковочных температур. Холодная листовая штамповка заключается в выполнении в определенной последовательности разделительных и формоизменяющих операций, посредством которых исходным заготовкам придают форму и размеры детали. Все операции выполняются при помощи специальных инструментов – штампов, которые имеют различные конструкции в зависимости от назначения. Штампы состоят из рабочих элементов – матрицы и пуансона, и вспомогательных частей – прижимов, направляющих, ограничителей и т.д. Пуансон вдавливается в деформируемый металл или охватывается им, а матрица охватывает изменяющую форму заготовку и пуансон.

Дуговая сварка

источником теплоты при дуговой сварки служит эл дуга, кот горит м/д электродом и заготовкой. В зависимости от мат-ла и числа электродов, а так же от способа включения электродов и заготовки в цепь эл тока различают сл виды дуговой сварки: 1.сварка плавящимся электродом дугой прямого действия, при кот соединение осущ путем расплавления только основного Ме либо с применением присадочного Ме. 2. сварка плавящимся электродом дугой прямтого действия с одновременным расплавление одного Ме и электрода, кот пополняет сварочную ванну ж Ме. 3.сварка косвенной дугой, горящей м/д 2мя, как правило, неплавящимися электродами. 4. сварка 3хфазной дугой при кот дуга горит м/д электродами, а так же м/д каждым электродом и основным МЕ.

Источники сварочного тока

Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь спец внешнюю характеристику. Внешней хар-кой источника наз зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в эл цепи. Для питания сварочной дуги применяют источники перемен тока (сварочные трансформаторы) и источники пост тока (сварочные выпрямители и генераторы). Сварочные трансформаторы преобразуют сетевой напр (220 или 380В) в пониженное (меньше 14В),необходимое для сварки. Особенность конструкции сварочного трансф закл в том, что они имеют повыш рассеяние магн потока. Это обуславливает их высокое индуктивное сопротивление, что обеспечивает крутопадающую внешнюю хар-ку тока в сварочной сети. В состав серийных выпрямителей входят понижающий трансформатор с регулируемым магн рассеянием и выпрямительный блок, собранный по мостовой схеме с использованием кремниевых силовых вентилей. Эти выпрямители так же как и трансформаторы предназначены для ручной дуговой сварки электродами и механизированной сваркой под флюсом.

Газовая сварка

При газовой сварке заготовки и присадочный материал в в иед прутка или проволоки расплавляют высокотемпературным пламенем газовой горелки. Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода. в качестве горючих газов используют ацетилен, природный газ, водород, пары бензина и керосина, нефтяные газы и др. Сварочные горелки используют для образования сварочного пламени. Сварочное пламя образуется в рез=те сгорания горючего в-ва, смещивающегося в опр пропорциях с кислородом в сварочных горелках.

свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении

Технология конструкционных материалов это комплексная дисциплина, в кот рассматриваются основные сведения о способах производства, м.с материалов и их обработки с целью получения деталей с заданными свойствами и конфигурацией, пригодных для использования в машинах и конструкциях. Конструкционный материалы – это материалы отличающиеся повышенной конструкционной прочностью. Различают 3 вида осн гр к.м.: 1.металические к.м. 2. неметаллические к.м. 3. Композиционные материалы – это сочетание 2х или более материалов химически разнородных и с четкой границей между ними. Композиц материалы должны обладать свойствами, кот не обладает ни один компонент в отдельности. Только при этом условии есть смысл их применения.