контрольная материаловедение. Вариант 13. Вариант 13 Опишите способы улучшения качества стали

• Название: Вариант 13 Опишите способы улучшения качества стали
• Анкор: контрольная материаловедение
• Дата: 23.03.2023
• Размер: 104.53 Kb.
• Имя файла: Вариант 13.docx
• Тип: Документы; #1011098

Вариант 13

1. Опишите способы улучшения качества стали.

Улучшить качество металла можно уменьшением  в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.

Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов вследствие снижения их растворимости в жидкой стали при пониженном давлении и неметаллических включений.

Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу.

Для вакуумирования в ковше ковш с жидкой сталью помещают в камеру, закрывающуюся герметичной крышкой. Вакуумными насосами создают разрежение до остаточного давления 0,267…0,667 кПа. При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается. Улучшаются прочность и пластичность стали.

Вакуумирование в ковше эффективно проводить до раскисления сильными раскислителями – кремнием и алюминием. Углерод металла реагирует с кислородом, окись углерода откачивается, а с ней откачиваются азот и водород. В результате металл раскисляется без образования неметаллических включений и дегазируется.

При вакуумировании струи металла при переливе из ковша в ковш пустой ковш устанавливают в вакуумной камере, откачивают воздух. Подают к камере второй ковш с металлом. Металл из верхнего ковша через воронку переливают в нижний, при этом вакуум в камере не нарушается. Попадая в разреженное пространство, струя распадается на мелкие капли. Дегазация в вакууме раздробленной струи более эффективна по сравнению с вакуумированием металла в ковше.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей.

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электрод, погруженному в шлаковую ванну , и к поддону, установленному в слегка конусном водоохлаждаемом кристаллизаторе, в котором находится затравка. Выделяющаяся теплота нагревает ванну до температуры свыше 1700 ºC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металлапроходят через шлак и  образуют под шлаковым слоем металлическую ванну. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов.

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.

Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка, выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.
2. Опишите способ литья в металлические формы (кокили), укажите его преимущества, недостатки и область применения.

Кокильным литьем называют процесс получения отливок посредством свободной заливки расплавленного металла в многократно используемые металлические формы – кокили.

Формирование отливки происходит при интенсивном отводе теплоты от расплавленного металла, от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивному металлическому кокилю, что обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок, полученных в песчаных формах.

Особенность литья в кокиль состоит в многократном использовании металлической формы (кокиля). Высокая прочность материала металлической формы позволяет более точно выполнять рабочие поверхности формы, что обеспечивает высокое качество литой поверхности. Благодаря высокой теплопроводности формы отливка быстро затвердевает.

К числу преимуществ литья в кокиль относится резкое (по сравнению с литьем в песчаные формы) сокращение механической обработки отливок, сокращение расхода формовочных материалов.

К недостаткам технологии относятся: высокая стоимость металличекой формы, плохая заполняемость формы при получении тонкостенных отливок с поднутреями, опасность возникновения трещин на отливках.

Все операции технологического процесса литья в кокиль механизированы и автоматизированы. Используют однопозиционные и многопозиционные автоматические кокильные машины.

Литье в кокиль применяют в массовом и серийном производствах для изготовления отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов  с толщиной стенки 3…100 мм, массой от нескольких граммов до нескольких сотен килограммов.

Достоинства литья в кокиль:

• 
  возможность многократного использования форм;
  
• 
  возможность автоматизации труда;
  
• 
  хорошие механические свойства отливок, обусловленные их мелкозернистой структурой;
  
• 
  снижение припусков на механическую обработку;
  
• 
  снижение расходов на возврат литья за счет уменьшение количества металла на литниковую систему или ее отсутствие.
  
• 
  Недостатки литья в кокиль:
  
• 
  отсутствие податливости форм;
  
• 
  трудоемкость изготовления кокилей;
  
• 
  высокая стоимость кокилей.
  

3. Охарактеризуйте производство сортового проката, гнутых профилей из листа и ленты, применяемых в строительстве.

Основную роль в производственной промышленности выполняют изделия из широкого спектра разновидностей металла. Он становится начальным стартовым продуктом в судо- и машиностроении, тяжелой металлургии, строительстве и другом промышленном деле. Объем ассортимента металлопроката очень велик, поэтому для упрощения его применения и структуризации было принято решение классифицировать этот материал. Первое место в этой классификации занимает прокат сортовой. Он представляет собой стальные заготовки, которые в дальнейшем подвергаются более плотной обработке, для создания иных видов продуктов.

Общий вид

ГОСТ 535 – 2005 определяет сортовой прокат, как металлопрокат, у которого касательная к любой точке контура в поперечном сечении не пересекает это сечение. В общем представлении его можно разделить по форме:

• 
  Круг (цилиндрические изделия);
  
• 
  Квадрат (шпиндели, втулки, толкатели, оси);
  
• 
  Полоса (гнутый профиль);
  
• 
  Шестигранник (болты и гайки).
  

Гнутые профили сложной формы и с тонкими стенками получают путем холодной гибки стального листа или ленты.

По сравнению с горячекатаными профилями гнутые профили имеют следующие преимущества: толщина профилей достигает 0,5 мм (при горячей прокатке на современных станах практически трудно обеспе­чить толщину листа менее 1,2 мм); они могут иметь весьма сложную форму, обладающую высоким моментом сопротивления, что позволяет выбрать более рациональное сечение профиля; уменьшается масса кон­струкции и получается экономия металла.

Гнутые профили изготовляют на роликогибочных станах периоди­ческого и непрерывного действия, представляющих собой ряд последо­вательно расположенных клетей с приводными роликами. Для первых станов исходным материалом являются сравнительно короткие листы или полосы; для вторых —- рулоны ленты.

По конструкции станы бывают двух типов: 1) с консольно распо­ложенными роликами и 2) с роликами, расположенными между ста­нинами клетей- Консольное расположение роликов допускается толь­ко при производстве тонких и мелких профилей.

Число клетей в роликогибочном стане зависит от формы профиля: чем он сложнее, тем больше нужно клетей. Окружная скорость роли­ков составляет 20—120 м/мин и выше.

В строительстве применяют гнутые профили в виде швеллеров, деталей тавровых сечений, штамповочных листов и т. п. Очень эф­фективно применение гнутых профилей в ограждающих строительных конструкциях с элементами сложного сечения.
4. Перечислите, какое оборудование и аппаратура применяются при газовой сварке металлов и дайте их краткую характеристику.

Для выполнения работ по газовой сварке или газовой резке, сварочный пост необходимо оснащать следующим газосварочным оборудованием: ацетиленовый генератор, или баллон с горючим газом (пропаном, бутаном, ацетиленом, водородом или другим), баллон с кислородом, редуктор для горючего газа, редуктор для кислорода. Редукторы необходимы для снижения давления газа, выходящего из баллона и направляемого в горелку или резак.

В перечень оборудования и аппаратуры для газовой сварки входят, также сварочный стол, на котором производятся работы, приспособления для сборки и закрепления свариваемых деталей, комплект инструментов для сварщика, специальные очки для защиты глаз и спецодежду.

Ацетиленовые генераторы для газовой сварки

Ацетиленовые генераторы - это аппараты, предназначенные для получения ацетилена путём смешивания карбида кальция с водой. Входят в состав передвижных и стационарных сварочных постов для газовой сварки. Классифицируются по нескольким признакам. По принципу действия делятся на пять типов. От принципа действия генератора зависит область его применения".

Предохранительные затворы

Устройства, предназначенные для предохранения ацетиленовых генераторов от попадания в них взрывной волны при проведении газовой сварки в случае, когда происходит обратный удар газового пламени. Предохранительные затворы должны в обязательном порядке быть на каждом газосварочном посту.

Газовые баллоны для газовой сварки

Газовые баллоны используют для хранения, транспортировки и подачи на газовую горелку или резак кислорода и горючих газов. Они входят в состав переносных или передвижных газосварочных постов. Газовые баллоны окрашиваются в разные цвета, в зависимости от того, какой газ находится в баллоне.

Газовый редуктор для сварки

Редукторы для горючего газа и кислорода устанавливают на газовых баллонах для понижения давления газов, подаваемых из баллона в газовую горелку. ".

Сварочные горелки

Для смешивания горючего газа и кислорода при газовой сварке, и получения газового пламени, используются сварочные горелки. Согласно ГОСТ1077, горелки классифицируются по нескольким признакам. По способу подачи газа они различаются на инжекторные и безынжекторные. Это основной способ их классификации. Наибольшее практическое применение получили инжекторные сварочные горелки.

Рукава (шланги) для газовой сварки

Рукава (шланги) для газовой сварки необходимы для подачи кислорода и горючих газов от баллонов и рамп к сварочным горелкам. Рукава должны быть прочными и гибкими, чтобы не создавать затруднений при работе сварщика.
5. Особенности электродуговой сварки в защитных газах.

Дугова́я сва́рка в защи́тных га́зах — дуговая сварка с использованием газов для защиты места сварки от влияния атмосферных газов.

Способ дуговой сварки в защитных газах заключается в том, что в зону дуги поступает защитный газ. Выделяемое дугой тепло расплавляет основной металл и электрод. Остывая, металл сварочной ванны образует сварочный шов. Защитный газ изолирует расплавленный металл от газов в воздухе, препятствуя их взаимодействию.

По виду применяемых защитных газов, этот вид сварки разделяется на сварку:

• 
  В инертных газах;
  
• 
  В активных газах;
  
• 
  В с смеси инертных и активных газах;
  
• 
  Сварку со струйной защитой.
  

В качестве защитных газов в сварочном процессе используются инертные (аргон и гелий), активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы, газовые смеси (Аг + Не, Аг + СО₂, Аг + О₂, СО₂ + О₂ и др.).

Активные газы используются для обеспечения необходимых свойств шва свариваемых металлов. Используя газовые смеси, добиваются устойчивости дуги, улучшение формы шва, уменьшения разбрызгивания свариваемого металла.

Дуговая сварка в защитных газах по виду дуги различается на:

• 
  Сварку постоянной дугой;
  
• 
  Сварку импульсной дугой.
  

В зависимости от типа электродов сварка в защитных газах разделяется на сварку плавящимся или неплавящимся электродом. При сварке неплавящимся электродом применяются инертные газы — аргон и гелий или их смеси.

Недостатки

К недостаткам способа сварки в защитных газах по сравнению со сваркой под флюсом относится необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги.

Преимущества

• 
  высокое качество соединения при работе с разными металлами и сплавами вне зависимости от пространственного положения детали;
  
• 
  широкий диапазон толщин свариваемого металла — от десятой доли до нескольких десятков миллиметров;
  
• 
  возможность визуального контроля сварочной дуги и ванны, процесса образования сварочного шва;
  
• 
  узкая зона термического воздействия;
  
• 
  при многослойной сварке не надо зачищать швы;
  
• 
  высокая производительность работ;
  
• 
  не надо удалять флюс или шлак, зачищать швы.
  
• 
  
  

6. Автоматическая наплавка под слоем флюса.

Наплавкой металла называют процесс, во время выполнения которого  на поверхность заготовки при помощи сварочного оборудования наносится слой металла.

Существует несколько видов наплавки металла, различаемых по своим техническим характеристикам:

• 
  по степени механизации процесса наплавка может быть ручной, механизированной, автоматизированной и автоматической;
  
• 
  по тому способу, которым металл в процессе наплавки защищается, выделяется наплавка под слоем флюса, наплавка под предварительно расплавленным покрытием электрода, которая, в свою очередь, может производиться в вакууме или в среде защитного газа.
  
• 
  по самому характеру процесса наплавка может быть непрерывной или прерывистой.
  

 

Сущность наплавки под слоем флюса.

Наплавка под слоем флюса представляет собой процесс, во время которого сварочная дуга между сварочным электродом и металлической деталью защищается с помощью слоя предварительно расплавленного флюса - толщина слоя при этом может колебаться от 20 до 40 миллиметров. Стоит отметить, что до расплавленного состояния флюс доводится при помощи той же сварочной дуги.

 



 

Такая защита необходима для того, чтобы оградить металл  от воздействия окружающего воздуха, предотвращая, таким образом, возникновение окисления металла кислородом. Кроме того, слой флюса выполняет и еще одну задачу – он не позволяет расплавленному металлу разбрызгиваться и сохраняет тепло. Таким образом, флюс позволяет добиться экономии металла и повышает производительность труда сварщика.

При проведении наплавки под слоем флюса, как правило, в качестве электрода выступает сварочная проволока, не имеющая покрытия. Диаметр проволоки выбирается в зависимости от задач, поставленных перед сварщиком, и может варьироваться от 1 до 6 миллиметров.
7. Приведите схемы, опишите физическую сущность и область применения электроэрозионных методов обработки.

Эти методы применяются для обработки токопроводящих материалов любой прочности, твердости и вязкости. Они основаны на явлении электрической эрозии, то есть направленном разрушении материала под действием тепла, вызываемого электрическими импульсными разрядами. Эти разряды возбуждаются между обрабатываемой деталью и электродом-инструментом.

Для всех этих методов характерно наличие жидкой диэлектрической среды (керосин, соляр) между деталью и электродом. Жидкая среда исключает нагрев электродов и способствует концентрации тепловой энергии разряда на малом участке поверхности. Она впоследствии удаляет (смывает) продукты эрозии из зоны обработки.

Производительность обработки зависит от обрабатываемого материала, рабочей среды, материала электрода, технологических режимов обработки, а также площади и формы обрабатываемой поверхности. Интенсивность и длительность искрового разряда меняется в зависимости от емкости, силы тока и напряжения. Сила тока и напряжение устанавливаются в зависимости от вида обработки и изменяются в очень широких пределах. Емкость служит для накопления энергии, которая затем выделяется в виде сильного электрического разряда.

Скорость съема материала достигает 0,2…12 мм/мин. Обработку можно вести с точностью размеров до 0,1…0,2 мм.

Электроэрозионную обработку применяют для изготовления рабочих поверхностей штампов, литейных форм, рабочих колес турбин, точных отверстий, фасонных ручьев прокатных валков и других изделий. При этом для формирования сложных поверхностей применяют копировально-прошивочные операции, шлифованные, вырезание электродом-проволокой и другие операции.

В настоящее время более 30% всех штампов и пресс-форм изготовляют электроэрозионной обработкой, что позволяет в 2…3 раза снизить трудоемкость их обработки. В отдельных случаях, при изготовлении, например, ковочных штампов можно на 20…30% повысить их стойкость.

Разновидностями электроэрозионной обработки являются электроискровая, электроконтактная и электроимпульсная.

Обработка основана на использовании импульсного искрового разряда между двумя электродами – катодом и анодом. Катодом в разрядном контуре является инструмент, анодом – обрабатываемая деталь. Длительность искрового импульса 10…200мкс, частота импульсов 2…5 кГц. Мгновенная плотность тока в канале проводимости достигает 8…10 тыс. А/мм, в результате чего температура на поверхности обрабатываемой детали-электрода возрастает до 10…12 тыс. Благодаря кратковременности процесса теплота не может распространиться по объему всего электрода, а поэтому происходит мгновенное плавление и испарение элементарного объема металла анода.

Следующий импульс тока пробивает межэлектродный промежуток там, где расстояние между электродами будет наименьшее. В современных станках для электроискровой обработки это расстояние постоянно контролируется автоматически и выбирается таким, чтобы обработка не прекращалась. Оптимальная величина межискрового промежутка обычно находится в пределах 0,03…0,05 мм.

Формообразующий инструмент имеет форму обратную форме поверхности обрабатываемой детали. Изготавливают его из латуни или медно-графитовой композиции.

Станок для электроискровой обработки имеет металлическую ванн3 с жидкостью, куда погружается обрабатываемая деталь. Деталь соединяется с положительным полюсом источника постоянного тока и является анодом. Инструмент соединен с отрицательным полюсом и выполняет функцию катода. Он закреплен в ползуне, совершающим вертикальные перемещения вверх и вниз в направляющих 6, и изолирован от ползуна. Металлическая ванна изолирована от стола станка прокладками из винипласта, резины и других электроизоляционных материалов. Электрический ток идет от отрицательного полюса к электроду и далее через заполненный жидкостью (керосином) промежуток (зазор) к детали, расположенной на подставках, и к положительному полюсу. При опускании электрода и приближении его к поверхности детали (без касания) между ними возникает электрический разряд, проскакивает искра. Сила тока регулируется реостатом. Для получения мощных импульсных разрядов, непрерывно следующих один за другим, в электрическую цепь параллельно детали и электроду - инструменту включена батарея конденсаторов.

Современные станки для электроискровой обработки позволяют обрабатывать отверстия диаметром до 0,15 мм с точностью до 0,01 мм.

8. Приведите схемы и опишите достоинства и недостатки встречного и попутного фрезерования.

Попутное фрезерование – недостатки и достоинства

Под этим процессом подразумевают такую обработку, при которой перемещение обрабатываемого изделия совпадает с направлением движения рабочего инструмента для фрезерования. Попутная операция характеризуется далее указанными достоинствами:

• 
  стружка без проблем удаляется с заготовки, так как она остается сзади фрезы;
  
• 
  на фрезерный станок нет необходимости монтировать специальные зажимные механизмы (силы резания сами по себе прижимают обрабатываемую деталь к рабочему столу);
  
• 
  металл с заготовки снимается плавно, что обеспечивает ее поверхности отличный показатель шероховатости;
  
• 
  зубья фрезы изнашиваются медленно и при этом равномерно (снижение себестоимости выполнения операций, увеличение времени эксплуатации инструмента).
  

Имеются у попутного фрезерования, конечно же, и недостатки. Во-первых, в устройстве передвижения стола станочного оборудования не должно быть зазоров. Если таковые имеются, обработка будет проходить при ощутимой вибрации, а это приводит к снижению качества фрезерования, да и его эффективности в целом. Во-вторых, зубья рабочего инструмента испытывают высокие нагрузки ударного характера.

Встречное фрезерование и его особенности

Если вращение инструмента является противоположным по отношению к направлению подачи заготовки, речь идет о фрезеровании встречного типа, специалисты обычно именуют эту методику обработкой "против подачи". В данном случае стружка удаляется плохо – осуществлять этот процесс банально неудобно, так как остатки от обработки идут перед рабочим инструментом, и фрезы изнашиваются очень быстро (и при этом весьма ощутимо).

Кроме того, изделие требуется прикреплять к фрезерному станку максимально прочно с применением хитроумных зажимов, которые усложняют конструкцию оборудования и снижают эффективность его использования.


Встречная операция фрезерования почти никогда не выполняется для чистовой обработки из-за того, что металлическая стружка серьезно повреждает поверхность заготовки. Еще один "минус" методики – непостоянство толщины стружки, которая срезается в процессе выполнения работ. К преимуществам встречного фрезерования относят то, что при снятии стружки, благодаря деформации материала, наблюдается упрочнение верхнего слоя изделия; операция осуществляется мягко, из какого бы металла (даже очень прочного) не изготавливалась деталь, при этом отмечается плавная нагрузка на фрезерную установку.
9. Дайте характеристику абразивного инструмента.

Абразивный инструмент — это инструмент, предназначенный для механической обработки поверхностей различных материалов.


      В основном абразивный инструмент используется в таком виде, как шлифовальные круги, бруски, оселки, шлифовальные шкурки.


      Абразивный инструмент состоит из большого числа беспорядочно расположенных частиц абразивного материала, таких как корунд, наждак, кремень, соединенных между собой связующим материалом.

В процессе работы частицы абразива затупляются и скалываются, обнажая под собой новые слои острых зерен. Такое свойство абразивного материала называют самозатачивемостью. Чем сильнее происходит разрушение наружного слоя абразива, тем лучше самозатачивание.
      При неполном самозатачивании необходимо проводить правку инструмента путем удаления поверхностного слоя абразива. В процессе правки поправляется форма абразивного инструмента.

К основным характеристикам абразивного инструмента относятся:

• 
  марка материала и зернистость порошка, из которого изготовлен инструмент;
  
• 
  материал связки, удерживающей зерна;
  
• 
  твердость инструмента, характеризующая прочность удержания абразивных зерен в связке;
  
• 
  структура, характеризующая объем, занимаемый абразивным порошком в массе, образующей инструмент.
  

Список использованной литературы:
1 Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Курс лекций. Часть 1. Материаловедение /Сушков О.Д. – Керчь.: КГМТУ, 2016 – 173 с.

2 Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Курс лекций. Часть 2. Технология конструкционных материалов /Сушков О.Д. – Керчь.: КГМТУ, 2016 – 192 с.

3 Полевой, С. Н. Упрочнение машиностроительных материалов: справ / С. Н. Полевой. – 2-е. изд. – М.: Машиностроение, 1994. – 495 с.

4 Политехнический словарь / Гл. ред. И. И. Артоболевский. – М.: Советская энциклопедия, 1977. – 608 с.

5 Порошковая металлургия: справ. / под ред. И. М. Федорченко и др. – Киев: Наук. Думка, 1985. – 624 с.