Материаловедение.Контрольная работа.. Контрольная работа по дисциплине Материаловедение
 Скачать 66.56 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ И МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по дисциплине «Материаловедение» Выполнил студент: 2 курсадистанционного обучения Направление: 150302с “Технологические машины и оборудование” Шифр: 14-012 Ф.И.О. Проверил: Ю.П.Земсков Вариант 2
6. Закалка алюминиевых сплавов Производство серого чугуна. Чугун Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%. Чугун — дешевый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов. Получение чугуна — сложный химический процесс. Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов, превращения железа в чугун и шлакообразования. Наибольшее применение нашел в производстве чугуна доменный процесс. Он включает ряд физических, физико-химических, а также механических проявлений, наблюдаемых в действующей доменной печи. Помещенные в эту печь исходные компоненты (кокс, железосодержащие материалы с флюсами) при прохождении всех операций преобразуются в сплав чугуна, выделяющиеся доменные газы со шлаками. Задача доменного производства чугуна – создание этого сплава из железосодержащих компонентов посредством их переплавления в доменных печах в очень высокой температуре Серый чугун Чугун, у которого большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита, называется серым чугуном. Серый чугун мягкий, хорошо обрабатывается режущим инструментом. В изломе имеет серый цвет. Серый чугун обладает малой пластичностью, его нельзя ковать, так как содержащийся в нем графит способствует раскалыванию металла. Серый чугун значительно лучше работает на сжатие, чем на растяжение. Получается серый чугун путем медленного охлаждения после плавления или нагревания. Температура плавления серого чугуна 1100—1250° С. Обычно серый чугун содержит 2,8—3,6% углерода, 1,6—3,0% кремния, 0,5—1% марганца, 0,2—0,8% фосфора и 0,05—0,12% серы. Сера уменьшает жидкотекучесть и прочность чугуна, увеличивает его литейную усадку и затрудняет его сварку. Фосфор делает чугун более жидкоплавким и улучшает его свариваемость, но повышает твердость и хрупкость. Если серый чугун быстро охлаждать после плавления, то он отбеливается, т. е. частично превращается в белый, и становится очень хрупким и твердым. Наличие в составе чугуна большого количества кремния способствует получению серого чугуна. Присутствие в чугуне большого количества марганца способствует отбеливанию чугуна. Недостатком серого чугуна является хрупкость, препятствующая его использованию для изготовления деталей машин, подвергающихся ударным нагрузкам. Марки чугунов, например, СЧ12-28, читаются следующим образом: СЧ— серый чугун, первые двухзначные цифры 12, 15, 18 и т. д. — средняя величина предела прочности при испытании на разрыв в кг/мм2, а вторые — 28, 32 и т. д. — то же при изгибе. Применение чугун серый Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении для отливок различных деталей машин. Он достаточно хорошо сваривается, особенно с применением предварительного подогрева. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,3—1,2%) жидкотекуч и используется для художественного литья. Производство - высокопрочный чугун Производство высокопрочного чугуна с шаровидным графитом освоено многими отраслями машиностроения. При производстве высокопрочного чугуна получили широкое применение герметические камеры с избыточным давлением воздуха (автоклавы), предназначенные для модифицирования жидкого чугуна магнием. Модифицирование в автоклавах обеспечивает высокое усвоение магния, равномерное распределение модификатора в расплаве и стабильную сфероидизацию графита. Церий при производстве высокопрочного чугуна по сравнению с магнием имеет то преимущество, что исключает полностью брак литья по черным пятнам, свойственный магниевому чугуну. Основная трудность при производстве высокопрочного чугуна заключается в снижении содержания серы в расплаве перед модифицированием и во введении в расплав магния, который является основным модификатором. Для получения расплава с низким содержанием серы тщательно подбирают исходную шихту, плавку ведут в печах с основной футеровкой или удаляют серу обработкой шлаковыми смесями. Трудность во введении магния заключается в низкой температуре его кипения (1107 С), высокой упругости паров и химической активности, что приводит к выбросам металла из ковша и пироэффекту В черной металлургии мишметалл и ферроцерий применяются для производства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и различных стойких при низких температурах марок сталей. Характеристика заэвтектоидных сталей К заэвтектоидным относят сплавы с содержанием углерода от 0,8 до 2,0 %. Часто их называют высокоуглеродистыми сталями. В отличие от доэвтектоидных в заэвтектоидных сталях при их охлаждении первым выделяется не избыточный феррит, а избыточный цементит. Затем в результате уменьшения содержания углерода в аустените близкой к эвтектоидному и снижения температуры ниже точки А1 происходит формирование перлитной структуры. Таким образом, структура заэвтектоидной стали состоит из перлита и вторичного цементита  Структура заэвтектоидной стали (виден избыточный (вторичный) цементит по границам бывших аустенитных зерен) Стали для холодной штамповки. К этим сталям относят, прежде всего, малоуглеродистые стали с содержанием С =0,05 – 0,2%. Основные требования:
Эти требования обеспечиваются:
Требования по механическим свойствам:
 – число текучести.
Требования по химическому составу:
Требования по структуре: 1. Зерно должно быть средним (6-8 балл). Мелкое зерно вызывает повышенную твердость, лист становится более жестким. Из-за этого быстро изнашиваются штампы. Если зерно крупное, то резко ухудшается качество поверхности. Возникает “апельсиновая корка”. 2. Недопустима разнозернистость, т.к. крупное зерно при пластической деформации утоняется более быстро, чем мелкое, поэтому в этих местах появляются трещины, надрывы, приводящие к браку. 3. Перлит в этих сталях желательно иметь зернистый, а не пластинчатый. Стали с пластинчатым перлитом имеют меньшую пластичность. Нежелательно расположение перлита в виде сетки по границам зерен, т.к. это снижает пластичность стали. Листовую заготовку для холодной штамповки получают холодной прокаткой. Лист после холодной прокатки сильно упрочняется, и не может быть сразу подвергнут холодной штамповке. Для снятия наклепа перед холодной штамповкой используют рекристаллизационный отжиг. Этот отжиг проводят при температуре 680º С. Отжиг проводят либо для рулонов, тогда используют камерную печь (выдержка 6-8 часов). В специальных непрерывных агрегатах проводится отжиг движущейся ленты. При непрерывных агрегатах температурный режим обеспечивает одинаковую структуру по всей длине ленты. Высокое качество поверхности изделия зависит от склонности стали к деформационному старению. Деформационное старение — это эффект увеличения предела текучести из-за повышенного содержания в сталях газов.
Деформационное старение возникает блокированных дислокаций примесными атомами, которые образуют целые атмосферы. Для начала пластической деформации необходимо оторвать дислокации от этих атмосфер. Для этого требуется более высокое напряжение. Из-за этих атмосфер пластическая деформация развивается по объему металла неравномерно. В результате на поверхности стального листа возникает целая сетка линий скольжения, которая выглядит как тонкие царапины. Для их устранения требуется дополнительная отделка поверхности, что не всегда возможно. Чтобы предотвратить появление линий скольжения, сталь склонную к деформационному старению перед холодной штамповкой подвергают небольшой пластической деформации на прокатном стане или в правильной машине. Малая пластическая деформация позволяет устранить зуб текучести. 2% вполне достаточно, чтобы оторвать дислокации от примесных атомов. Такая предварительная пластическая деформация называется дрессировкой. После дрессировки эффект деформационного старения вновь проявляется примерно через 10-15 дней. Поэтому дрессировку необходимо проводить перед холодной штамповкой. Для того, чтобы сделать сталь нечувствительной к эффекту деформационного старения, в нее в качестве добавок в небольшом количестве вводят Al (0,02-0,04%), V (0,2%) В результате образуются AlN, VN. Атомы азота остаются неподвижными, эффект деформационного старения исчезает. Марки сталей, используемых для холодной штамповки: 08кп, 05кп – хорошая пластичность, дешевые; 08пс, 08сп – сталь более жесткая; 10, 15, 20, 10кп, 10пс, 10сп.Нестареющие стали: 08Ю, 08Ф, 10ЮА, 08ГСЮТ, 08ГСЮФ. Термическая обработка медных сплавов Термическая обработка меди. Деформирование меди сопровождается повышением ее прочности и понижением пластичности. Для повышения пластичности медь подвергают рекристаллизационному отжигу при 500 – 600єС, в результате которого пластичность резко повышается, а прочность снижается. Термическая обработка латуней. Они подвергаются только рекристаллизационному отжигу при 600 – 700єС (для снятия наклепа). Охлаждают латуни при отжиге на воздухе или для ускорения охлаждения и лучшего отделения окалины в воде. Для латунных деталей, имеющих после деформации остаточные напряжения, в условиях влажной атмосферы характерно явление самопроизвольного растрескивания. Чтобы этого избежать латунные детали подвергают низкотемпературному отжигу при 200 – 300 С, в результате чего остаточные напряжения снимаются, а наклеп остается. Низкотемпературному отжигу особенно необходимо подвергать алюминиевые латуни, которые склонны к самопроизвольному растрескиванию. Термическая обработка бронз. Для выравнивания химического состава бронзы подвергают гомогенизации при 700 – 750єС с последующим быстрым охлаждением. Для снятия внутренних напряжений отливки отжигают при 550єС. Для восстановления пластичности между операциями холодной обработки давлением подвергают рекристаллизационному отжигу при 600 – 700єС. Алюминиевые бронзы с содержанием алюминия от 8 до 11%, испытывающие при нагреве и охлаждении фазовую перекристаллизацию, могут подвергаться закалке. В результате закалки повышается прочность и твердость, но снижается пластичность. После закалки следует отпуск при 400 – 650є С в зависимости о требуемых свойств. Также подвергают гомогенизации, а деформируемые полуфабрикаты – рекристаллизационному отжигу при 650 – 800єС. Бериллиевую бронзу закаливают в воде от температуры 760 – 780єС; при это избыточная фаза выделиться не успевает, и после закалки сплав состоит из пересыщенного твердого раствора и обладает небольшой твердостью и прочностью, и большой пластичностью. После закалки проводится отпуск (старение) при 300 – 350єС выдержкой 2 часа. Для повышения устойчивости пересыщенного твердого раствора и облегчения закалки бериллиевые бронзы дополнительно легируют никелем. Закалка алюминиевых сплавов. Закалка алюминиевых сплавов заключается в нагреве их до температуры, при которой легирующие компоненты, находящиеся в интерметаллидных фазах, полностью или частично растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до низкой температуры (10…20 °С). В результате такой обработки структура, свойственная температуре нагрева, может быть получена при комнатной температуре, так как при быстром охлаждении распад твердого раствора (выделение интерметаллидных фаз) не успевает происходить. Содержание легирующих компонентов в алюминиевом твердом растворе после закалки значительно превышает их предельную равновесную концентрацию при комнатной температуре, т.е. при комнатной температуре твердый раствор пересыщен (и, как правило, в очень сильной степени). Так, если сплав Аl+4% Сu нагреть до температуры t3, выдержать некоторое время, необходимое для полного растворения 9-фазы (Аl2Сu) в алюминии, и охладить в воде до комнатной температуры, то твердый раствор, содержащий 4,0% Сu, в результате быстрого охлаждения будет сохранен или, как часто говорят, зафиксирован при комнатной температуре. Поскольку равновесная растворимость меди в алюминии при низких температурах составляет около 0,2%, твердый раствор в закаленном сплаве Аl+4% Сu пересыщен медью более чем в 20 раз. Пересыщенный твердый раствор легирующих компонентов в алюминии, который получают в сплавах в результате закалки, определяет повышение прочности после закалки и возможность дальнейшего упрочнения при старении. Рассмотрим основные принципы выбора режима закалки алюминиевых сплавов. Температура нагрева под закалку должна обеспечить как можно более полное растворение интерметаллидных фаз в алюминии. Если содержание легирующих компонентов в сплавах не превышает их предельной растворимости при эвтектической температуре (например, 5,65% Сu в сплавах Аl-Сu, то легирующие компоненты практически полностью могут быть растворены при нагреве под закалку; температура нагрева в этом случае должна быть выше критической точки tv Если содержание легирующих компонентов превышает предельную растворимость, т.е. в структуре сплава в равновесных условиях имеются включения эвтектических или первичных кристаллов интерметаллидных фаз (например, в сплаве с 10% Сu), то полное растворение интерметаллидных фаз невозможно. В этом случае ориентиром для выбора температуры нагрева под закалку служит температура солидус (как правило, температура плавления наиболее легкоплавкой эвтектики); нагрев проводят до температуры на 5… 15 °С ниже линии солидус. При закалке литейных алюминиевых сплавов следует иметь в виду, что в структуре сплавов может быть неравновесная эвтектика. Поэтому температура нагрева под закалку литейных сплавов не должна превышать температуры плавления неравновесной эвтектики. Приведенные выше соображения по выбору температуры гомогенизации полностью относятся к выбору температуры нагрева под закалку литейных алюминиевых сплавов. Температура нагрева под закалку различных промышленных сплавов колеблется в пределах от 450 до 560 °С. Выдержка при температуре нагрева под закалку должна обеспечить растворение интерметаллидных фаз, поэтому она зависит от величины частиц и характера их распределения. В деформированных изделиях интерметаллидные фазы находятся в основном в виде мелких вторичных кристаллов (сплав уже подвергнут гомогенизации и ряду технологических нагревов), а в отливках — в виде довольно грубых эвтектических включений. Отсюда различная продолжительность выдержки при температуре нагрева под закалку: для деформируемых сплавов она измеряется десятками минут, а для литейных — часами или даже десятками часов. Охлаждение при закалке следует проводить с такой скоростью, которая обеспечит отсутствие распада твердого раствора в процессе охлаждения. Эта скорость должна быть больше некоторой определенной для каждого сплава критической скорости охлаждения vKp, которая определяется как наименьшая скорость охлаждения сплава, при которой распад твердого раствора в процессе охлаждения еще не происходит. В промышленности большинство алюминиевых сплавов при закалке охлаждают в воде (как правило, в холодной, иногда в подогретой). Скорость охлаждения тонкостенных изделий в холодной воде (600…800 °С/с) значительно превышает критическую скорость охлаждения любого алюминиевого сплава, т.е. удовлетворяет главному требованию, предъявляемому к охлаждению при закалке. Однако охлаждение в воде не может рассматриваться как оптимальный вариант закалки во всех случаях. Очень высокая скорость охлаждения при закалке в воде приводит к образованию больших внутренних напряжений, которые обусловливают коробление изделий. Это особенно проявляется в крупногабаритных изделиях сложной конфигурации (штамповки, панели), правка которых после закалки — весьма трудоемкая и дорогостоящая операция. Выбор для каждого сплава охлаждающих сред, обеспечивающих охлаждение со скоростью больше критической, но меньше, чем в воде, — актуальная задача. После закалки сплавы, обладая повышенной по сравнению с отожженным состоянием прочностью, сохраняют высокую пластичность. Однако роль закалки, как уже отмечалось, не ограничивается ее непосредственным влиянием на свойства. Обусловливая получение пересыщенных твердых растворов легирующих компонентов в алюминии, закалка обеспечивает возможность дальнейшего повышения прочности при старении. Воронеж 2015 |
)