шпоры. экзамен мткм. 1 свойства конструкционных материалов физические, химические, эксплуатационные. Свойства конструкционных материалов
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
Отбортовка - получение бортов (горловин) путем вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием в матрицу (рис. 3.77, а). При отбортовке кольцевые элементы в очаге деформации растягиваются, причем больше всего увеличивается диаметр кольцевого элемента, граничащего с отверстием. Формовка - операция, при которой изменяется форма заготовки в результате растяжения отдельных ее участков. Толщина заготовки в этих участках уменьшается. Формовкой получают местные выступы на заготовке, ребра жесткости и т.п. 38)Сварочное производство. Физические основы сварки. Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагреве и пластическом деформировании. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами, а также пластмассы. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках. Прочность и другие свойства сварных соединений определяются свариваемостью материалов. Свариваемость - свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки сварные соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Свариваемость материалов в основном определяется типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая структуре соединяемых заготовок. Прочность соединения определяется внутрикристаллическими связями При сварке разнородных материалов в зависимости от степени их взаимной растворимости в твердом состоянии в соединении образуются твердые растворы, химические и интерметаллидные соединения или смесь зерен соединяемых материалов. В этих случаях прочность соединения обеспечивается сцеплением по границам частиц и зерен. Механические и физические свойства соединений могут существенно отличаться от свойств свариваемых материалов. При этом высока вероятность образования несплошностей в виде трещин и несплавлений. 39)Сварочное производство. Классификация способов сварки. В зависимости от состояния металла в зоне соединения и использования внешних усилий различают способы сварки плавлением и давлением. Сварка плавлением осуществляется местным сплавлением соединяемых частей без приложения давления (виды сварки: дуговая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, электрошлаковая, газовая и др.). Сварка давлением осуществляется за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления (виды сварки: холодная, контактная, ультразвуковая, диффузионная, трением, взрывом и др.). Классификация по техническим признакам: способ защиты зоны сварки от воздуха (сварка открытой дугой без дополнительной защиты, в защитных газах, под флюсом в вакууме, в комбинированной защите). По непрерывности процесса и степени механизации сварки: (ручным) механизированным способом, автоматический. По виду электрода: сварка плавящимся электродом. По количеству дуг - с раздельным питанием сварочного тока – однодуговая, двухдуговая, многодуговая. 40)Ручная дуговая сварка. Режим сварки. Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и основным металлом 1. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 6, образуя защитную газовую атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 5. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 2.  41)Ручная дуговая сварка. Используемые материалы. К ним относят сварочная проволока, покрытые электроды, неплавящиеся электроды, сварочные флюсы. Проволока стальная сварочная в зависимости от содержания легирующих элементов подразделяется на низко углеродистую, легированную, высоколегированную. Проволоку изготавливают диаметром от 0,3 до 12мм. Сварочную проволоку используют для изготовления стержней электродов, при автоматической дуговой сварке под флюсом, при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов, а также в качестве присадочного материала при дуговой сварке неплавящимся электродом и газовой сварке. Электроды представляют собой проволочные стержни с нанесенными на них покрытиями. Покрытия электродов предназначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и получения металла шва заданных состава и свойств. В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газообразующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие. По виду покрытия электроды делят на электроды с кислым, рутиловым, основным и целлюлозным покрытием. 42)Дуговая сварка в защитных газах. Материалы. Оборудование. При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа. В качестве защитных газов применяют инертные газы и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.), иногда - смеси двух газов или более. Сварку неплавящимся электродом применяют, как правило, при соединении металла толщиной 0,8 ... 6 мм. При этом возможна сварка с расплавлением только основного металла (толщиной до 3 мм.Пруток подают в дугу и перемещают горелку вручную (а). Сварка может быть механизированной, выполняемой с помощью полуавтоматов, или автоматической соответственно при перемещении горелки вручную или механизмом перемещения.  I - присадочный пруток или проволока; 2 - сопло; 3 - токоподводящий мундштук; 4 - корпус горелки; 5 - неплавящийся вольфрамовый электрод; б - рукоять горелки; 7 - атмосфера защитного газа; 8 - сварочная дуга; 9 - ванна расплавленного металла. 43) Источники питания сварочной дуги постоянным током. Сварочная дуга питается от источников переменного и постоянного тока. Режим горения характеризуется силой тока и напряжением, а также взаимосвязью между этими параметрами. Источники тока должны отвечать следующим требованиям: 1) напряжение холостого хода источника питания должно быть достаточным для легкого возбуждения дуги и поддерживании устойчивого ее горения дуги в тоже время, это напряжение не должно превышать безопасных для человека значений, 2) ток короткого замыкания не должен превышать установленных пределов во избежание чрезмерного перегрева элементов аппаратуры, 3) источник питания должен иметь специальную внешнюю характеристику. Внешней характеристикой называется напряжение от силы сварного тока. Внешние характеристики могут быть 1) крутопадающими (с быстрым уменьшением выходного напряжения при увеличении тока) 2) полого падающими (с медленный уменьшением напряжения при увеличении тока) 3) жесткими (с практическим постоянным напряжением при изменении тока) 4) возрастающими (с возрастанием напряжения при увеличении тока). При РДС используют источники с круто подающей характеристикой, которая обеспечивает устойчивое горение дуги, надежное, первоначальное и повторное ее возбуждение, ограниченную силу тока короткого замыкания возможность изменения длины дуги. Не осталось ее обрыва или чрезмерного увеличения тока. При механизированной сварке используют источники питания с полого падающей и жесткой характеристикой. 4) источники питания должны обеспечивать быстрое нарастание напряжения от нулевого значения. Источники питания сварочной дуги различаются: 1) по роду сварочного тока- на источники переменного и постоянного тока. 2) по количеству постов питаемых от одного источника питания на однопостовые и многопостовые. 3) по условиям эксплуатации на стационарные и передвижные, и переносные. Основным источниками питания для рдс под флюсом переменного тока являются однопостовые сварочные трансформаторы, они имеют в основном крутопадающую и пологопадающую характеристику. № 44 Источники питания сварочной дуги переменным током Сварочные трансформаторы по фазности электрического тока подразделяются на однофазные и трехфазные, а по количеству постов - на однопостовые и многопостовые. Однопостовой трансформатор служит для питания сварочным током одного рабочего места. Многопостовой трансформатор служит для одновременного питания нескольких сварочных дуг (сварочных постов). Для создания устойчивого горения сварочной дуги и обеспечения падающей внешней характеристики в сварочную цепь дуги включают дроссель. Для дуговой сварки сварочные трансформаторы подразделяются по конструктивным особенностям на две основные группы: трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и трансформаторы с развитым магнитным рассеянием. №45 Сварка под слоем флюса. Материалы. Оборудование. Для автоматической дуговой сварки под флюсом используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва. В процессе автоматической сварки под флюсом дуга 10 горит между проволокой 3 и основным металлом 8. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30 ... 50 мм. Часть флюса расплавляется, в результате чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла - ванна жидкого шлака 4. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Под действием мощной дуги и весьма быстрого движения электрода вдоль заготовки происходит оттеснение расплавленного металла в сторону, противоположную направлению сварки. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны затвердевают с образованием сварного шва 7, покрытого твердой шлаковой коркой 6. Проволоку подают в дугу и перемещают ее вдоль шва с помощью механизмов подачи 2 и перемещения. Ток к электроду поступает через токопровод 1. Основные преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой состоят в повышении производительности процесса сварки в 5 ... 20 раз, качества сварных соединений и уменьшении себестоимости 1 м сварного шва.  № 46 Газовая сварка металлов. При газовой сварке заготовки I и присадочный материал 2 в виде прутка или проволоки расплавляют высокотемпературным пламенем 4 газовой горелки 5 . Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода. Кислород, используемый для сварочных работ, поставляют к месту потребления в стальных баллонах. Для снижения давления газа на выходе из баллона и поддержания постоянного рабочего давления применяют газовые редукторы. В качестве горючих газов можно использовать ацетилен, природные газы, водород, пары бензина и керосина, нефтяные газы и др. Сварочные горелки используют для образования сварочного пламени. В промышленности наиболее распространена инжекторная горелка, так как она наиболее безопасна и работает на низком и среднем давлениях  47) Газовая резка металлов. При кислородной резке происходит локальное сжигание металла в струе кислорода и удаление этой струей образующихся оксидов. При горении железа в кислороде выделяется значительное количество теплоты:  3Fe + 202 = Fe304 + Q. Рис. 5.22. Схема кислородной резки: 1 - режущий кислород; 2 - подогревающее пламя; 3 - заготовка; 4 - рез; 5 - оксиды Для начала горения металл подогревают до температуры его воспламенения в кислороде (например, сталь до 1000 ... 1200 °С). На рис. 5.22 показан процесс кислородной резки. Металл 3 нагревается в начальной точке реза подогревающим пламенем 2, затем направляется струя режущего кислорода 1, и нагретый металл начинает гореть. Горение металла сопровождается выделением теплоты, которая вместе с подогревающим пламенем разогревает лежащие ниже слои на всю толщину металла. Образующиеся оксиды 5 расплавляются и выдуваются струей режущего кислорода из зоны реза 4. Конфигурация перемещения струи соответствует заданной форме вырезаемого изделия.Для обеспечения нормального процесса резки металл должен обладать следующими свойствами: температура его плавления должна быть выше температуры горения в кислороде, а температура плавления оксидов металла - ниже температуры его плавления; количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть достаточным для поддержания непрерывного процесса резки; иметь относительно низкую теплопроводность, в противном случае теплота интенсивно отводится и процесс резки прерывается; образующиеся оксиды должны быть достаточно жидкотекучими и легко выдуваться струей режущего кислорода. Указанным требованиям отвечают железо, низкоуглеродистые и низколегированные стали. По характеру и направленности кислородной струи различают следующие способы резки. Разделительная резка - режущая струя направлена нормально к поверхности металла и прорезает его на всю толщину. Разделительной резкой раскраивают листовую сталь, разрезают профильный материал, вырезают косынки, круги, фланцы и т.п. Поверхностная резка - режущая струя направлена под очень малым углом к поверхности металла (почти параллельно ей) и обеспечивает грубую его строжку или обдирку. Ею удаляют поверхностные дефекты отливок. Резка может быть ручной и механизированной. Обычной кислородной резкой разрезают металлы толщиной 5 ... 300 мм. При резке металла толщиной более 300 мм применяют специальные резаки. 48) Сварка давлением. Виды сварки давлением. Основан на местном разрезе поверхности стыкуемых торцов до пластического состояния. Сварка осуществляется путем преобразования механической энергии в тепловую, трение создается вращением одной свариваемой детали относительно другой под давлением. Хорошо свариваются детали представляющие собой тела вращения. Можно сваривать сталь-сталь, сталь-алюминий, сталь-медь. Образования сварного соединения достигается значительной совместной пластической деформации свариваемых деталей. Деформация обеспечивается с помощью специальных гидравлических, пневматических и механических устройств. Можно сваривать детали из высоко-пластичных металлов алюминия, меди и их сплавов. Соединение образуется за счет взаимной диффузии атомов контактирующих деталей. Этот эффект сварки достигается путем применения длительного нагрева при относительно высоких температурах при относительно низких удельных давлениях. Детали помещают в вакуумной камере и нагревают в местах соединения до сварочных температур, сжимают и выдерживают в течение 5-10 минут. Такой сваркой можно соединять объемные и тугоплавкие металлы и сплавы. А также металлы и неметаллы. Сталь-керамика, сталь-стекло, сталь-графит. Виды сварки давлением: контактная (обычная, стыковая, точечная, шовная), трением, холодная, взрывом, диффузионная, ультразвуковая (за счёт механических колебаний), термокомпрессионная (когда металл предварительно нагревается до высоких температур) 49)Контактная сварка. Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и с последующей осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов - пластическое деформирование, в ходе которого формируется сварное соединение. Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта (рис. 5.24). Количество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля-Ленца:Q*I2Rt, где Q - количество теплоты, выделяемое в сварочном контуре. Дж; I - сварочный ток, A; R - полное электросопротивление сварочного контура, Ом; t - время протекания тока, с.  Полное электросопротивление сварочного контура R состоит из электросопротивления выступающих концов L свариваемых заготовок Лзаг, сварочного контакта RK и электросопротивления между электродами и заготовками R3n: R« R.m + RK + Ra. Электросопротивление RK имеет наибольшее значение, так как из-за неровностей поверхности стыка даже после тщательной обработки заготовки соприкасаются только в отдельных точках. В связи с этим действительное сечение металла, через которое проходит ток, резко уменьшается. Кроме того, на поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов и загрязнения с малой электропроводимостью, которые также увеличивают электросопротивление контакта. В результате в точках контакта металл нагревается до термопластичного состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок пластичный металл в местах контакта деформируется, поверхностные оксидные пленки разрушаются и удаляются к периферии стыка. В соприкосновение приходят совершенно чистые слои металла, образующие сварное соединение. ВИДЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ: Стыковая сварка - разновидность контактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения Точечная сварка - разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках. Шовная сварка - разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми заготовками образуется прочное и плотное соединение. 50) Специальные способы сварки. Виды: Электронно-лучевая сварка (ЭЛС), лазерная сварка, диффузионная сварка, высокочастотная сварка и сварка трением. Специальные способы сварки применяются сугубо для конкретных видов изделий определенной специфики сваривания и не применяются во всех остальных случаях Электронно-лучевая сварка — сварка, источником энергии при которой является кинетическая энергия электронов в электронном пучке, сформированном электронной пушкой. Используется для сварки тугоплавких, высокоактивных металлов в космической, авиационной промышленности, приборостроении и др. Электронно-лучевая сварка используется и при необходимости получения высококачественных швов с глубоким проплавлением металла, для крупных металлоконструкций. Лазерная сварка — сварка с использованием лазера в качестве энергетического источника. Лазерная сварка применяется для сварки одинаковых и разнородных металлов в радиоэлектронике и электронной технике Диффузионная сварка — сварка за счёт взаимной диффузии на атомарном уровне свариваемых поверхностей деталей. Этим видом сварки производится полуавтоматическая, автоматическая в различных пространственных положениях, черных и цветных металлов и сплавов широкого диапазона толщин. Высокочастотная сварка- вид сварки, при котором нагрев происходит токами высокой частоты. Сварка трением — это разновидность сварки давлением (кроме того, часто встречается такая характеристика, как "сварка без расплавления"), при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия. Сварка трением используется для соединения различных металлов и термопластиков в авиастроении и автомобилестроении. Следует отметить, что окончательное соединение формируется на завершающей стадии процесса, когда к уже неподвижным образцам прикладывается проковочное усилие. 51)Свариваемость металлов и сплавов. Свариваемость - свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки сварные соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Безотносительно к виду конструкции и ее назначению свариваемость материалов оценивают степенью соответствия заданных свойств сварного соединения одноименным свойствам основного металла и их склонностью к образованию таких сварочных дефектов, как трещины, поры, шлаковые включения и др. По этим признакам материалы разделяют на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся. Ряд сталей, цветных и тугоплавких металлов и сплавов обладает пониженной свариваемостью, которая проявляется в изменении механических и физикохимических свойств металла в зоне сварного соединения по сравнению с основным металлом.Прочность и твердость шва при сварке сплавов, как правило, ниже, чем у основного металла. Это объясняется тем, что для предотвращения трещин шов часто выполняют менее легированными материалами, чем основной металл. Пониженная пластичность шва может быть обусловлена крупнокристаллитной литой структурой и повышенным содержанием газов.В зоне термического влияния (з. т. в.), т.е. на участке основного металла, прилегающего к шву, под действием нагрева происходят фазовые и структурные превращения: оплавление границ зерен; укрупнение зерен; в сплавах с полиморфными превращениями образование структурных составляющих закалочного типа и др. Характер и завершенность превращений помимо состава сплавов определяется сварочным термическим циклом, т.е. зависимостью температуры от времени. Сварочный термический цикл характеризуется скоростью и максимальной температурой нагрева и скоростью охлаждения. В результате фазовых превращений, например в з. т. в., легированных сталей возможны существенное повышение твердости и снижение пластичности (рис. 5.47).   Рис 5.47 Рис 5.48 Рис. 5.47. Неоднородность механических свойств различных зон сварного соединения легированной стали: 1 - основной металл; 2 - шов; 3 - зона термического влияния; HV- твердость; 5 - пластичность (относительное удлинение). Наиболее опасным проявлением пониженной свариваемости является образование горячих и холодных трещин в шве из. т. в. (рис. 5.48). Причины возникновения трещин - снижение пластичности и прочности как в процессе кристаллизации шва (горячие трещины), так и в послесварочный период вследствие полиморфных превращений и насыщения газами (холодные трещины) и развитие сварочных деформаций и напряжений.Рис. 5.48. Вид трещин сварных соединений: а - горячих; 6 - холодных: / - столбчатые кристаллиты; 2 - расположение жидких прослоек при завершении кристаллизации шва; 3 - трещины |