1 Деформирование, виды деформирования, деформации и разрушение

Деформа́ция — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение. Причины отказа механики Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия(другими словами, атомы не выходят за пределы межатомных связей); в основе необратимых — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия(т.е. выход за рамки межатомных связей, после снятия нагрузки переориентация в новое равновесное положение).Пластические деформации — это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести — это необратимые деформации, происходящие с течением времени. Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность.

2 Легкоплавкие и тугоплавкие металлы – свойства, применение

________: Легкоплавкие сплавы — это, как правило, эвтектические металлические сплавы, имеющие низкую температуру плавления, не превышающую температуру плавления олова. Для получения легкоплавких сплавов используются свинец, висмут, олово, кадмий, таллий, ртуть, индий, галлий и иногда цинк. За нижний предел температуры плавления всех известных легкоплавких сплавов принимается температура плавления амальгамы таллия (?61 °C), за верхний предел взята температура плавления чистого олова.

Области применения легкоплавких сплавов:

Во всех областях применения легкоплавких сплавов главным востребованным свойством является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем, которые могут выйти из строя из-за перегрева при пайке обычными припоями. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическая инертность, вакуумоплотность, теплопроводность.

В настоящий момент основными областями применения легкоплавких сплавов являются:

-Производство и применение жидкометаллических теплоносителей в энергетике и машиностроении.

-Литейное дело (производство выплавляемых моделей).

-Системы раннего оповещения возгораний (датчики температуры, клапаны пожаротушения и др).

-Термометрия (рабочее тело для термометров различных типов).

-Вакуумная техника (уплотнения, паяные швы и др.).

-Микроэлектроника (припои, покрытия, датчики температуры, предохранители и др.)

-Медицина (фиксация костей, протезирование и др.)

-Использование в качестве расплавляемой металлической смазки.

________ Тугоплавкие металлы — класс химических элементов (металлов), имеющих очень высокую температуру плавления и стойкость к изнашиванию.Основными представителями данного класса элементов являются:Ниобий, Молибден, Тантал, Вольфрам,Рений

Физические свойства:Температура плавления этих элементов самая высокая, исключая углерод и осмий. Данное свойство зависит не только от их свойств, но и от свойств их сплавов.

Химические свойства:На открытом воздухе подвергаются окислению.

Применение:Тугоплавкие металлы используются в качестве источников света, деталей, смазочных материалов, в ядерной промышленности в качестве АРК, в качестве катализатора.Тугоплавкие металлы можно переработать в проволоку, слиток, арматуру, жесть или фольгу.

3. Обработка на металлорежущих станках; выбор режимов резания

Режимом резания называется совокупность элементов, определяющих условия протекания процесса резания.

К элементам режима резания относятся – глубина резания, подача, период стойкости режущего инструмента, скорость резания, частота вращения шпинделя, сила и мощность резания.

1) скоростью резания называется скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость) в м/мин, подачей — перемещение режущей кромки резца за один оборот заготовки в мм/об. Глубина резания— толщина (в мм) снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали). В сечении срезаемого слоя металла рассматриваются такие элементы резания (физические параметры): толщина срезаемого слоя и ширина срезаемого слоя; их величина при постоянных t и s зависит от главного угла в плане j

Для проведения расчетов необходимо иметь паспортные данные выбранного станка, а именно - значения подач и частот вращения шпинделя, мощности электродвигателя главного движения. При отсутствии паспортных данных расчет выполняется приблизительно, в проделах тех подач и частот вращения шпинделя, которые указаны в справочной литературе.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 13

1 Свойства металлов и сплавов – физические и химические свойства; механические, технологические и эксплуатационные свойства

Химические свойства —способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединения с различными веществами: кислородом воздуха, углекислотой, влагой, щелочами и др. Чем лучше металл вступает в соединение с другими элементами, тем легче он разрушается. Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называются жаростойкими. От жаростойкости следует отличать жаропрочность, т. е. способность металлов сохранять в условиях высоких температур свою структуру, не размягчаться и не деформироваться под действием нагрузки. Знание химических свойств крайне необходимо при выборе металлов или сплавов для деталей и изделий

К физическим свойствам металлов относят: цвет, плотность, температуру плавления, пластичность, твердость, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства. Цветом называют способность металлов отражать падающие на них световые лучи. Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. Плавление — процесс перехода металла из твердого состояния в жидкое. Теплопроводность — способность металлов проводить тепло при нагревании и отдавать его при охлаждении. Тепловое расширение —свойство металлов расширяться при нагревании. Теплоемкость —способность металла при нагревании поглощать определенное количество тепла. Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя взаимно противоположными характеристиками — электропроводностью и электросопротивлением. Магнитные свойства —способность металлов намагничиваться.

Технологические свойства характеризуют способность металлов подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях. Технологические свойства определяют при технологических пробах, которые дают качественную оценку пригодности металлов к тем или иным способам обработки. 

эксплуатационные свойства-Эти свойства определяют в зависимости от условий работы машины специальными испытаниями.  Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.

Износостойкость - свойство материала оказывать сопротивление износу

2)Композиционные материалы, их свойства и область применения

Композицио́нный материа́л — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или болеекомпонентов, с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов,их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними. Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.

+высокая удельна прочность, высокая жёсткость, высокая износостойкость,высокая усталостная прочность, возможно изготовить размеростабильные конструкции,легкость

- высокая стоимость,анизотропия свойств,повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья.

Применение-товары широкого употребления, спортивное оборудование ,машностроение и т.д

3) Назовите и кратко охарактеризуйте специальные способы литья

новые способы изготовления отливок: литье в металлическиеформы, литье под давлением, центробежное литье, точное литье по выплавляемым моделям и литье в оболочковые формы.

Литье в металлические формы — кокили — состоит в том, что расплавленные чугун, сталь или цветные сплавы заливают не в разовые песчаные, а в металлические формы многократного использования. Кокили для отливок из чугуна и стали изготовляют из серого чугуна,. Рабочие поверхности  металлических форм покрывают  огнеупорной  облицовкой и красками.Чтобы кокили лучше заполнялись металлом, их подогревают до 100—300° С в зависимости от состава сплава.Чтобы устранить внутренние напряжения, а в чугунных отливках избежать  отбела, отливки  подвергают отжигу.

Литье  под  давлением заключается в том, что расплавленным сплавом заполняют металлическую форму под большим давлением. При этом способе могут быть устранены недостатки отливок, образующиеся при литье в песчаные формы: пустоты, дефекты поверхности и другие, а также достигнуты высокая производительность  труда и точность размеров и формы отливок.

Центробежное  литье- применяют для изготовления чугунных труб и других изделий, имеющих форму тел вращения. При этом способе центробежные силы оттесняют жидкий сплав к внутренней поверхности формы, где он застывает ровным слоем. При затвердевании сплавов под действием центробежных сил они уплотняются, и их механические свойства улучшаются. Это объясняется тем, что все легкие примеси в сплаве, а также газы оттесняются к внутренней поверхности отливки, как более легкие.

Точное  литье  по  выплавляемым  моделям- имеет особенно большое значение при получении отливок из тугоплавких и трудно поддающихся механической обработке сплавов, например, высоколегированных сталей, твердых сплавов типа стеллитов и др.Получение деталей по этому способу основано на изготовлении моделей из легкоплавкого материала — воска, стеарина, парафина и др.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14

1)Классификация чугунов; структура и свойства чугунов

Виды чугуна

Белый чугун-В белом чугуне весь углерод находится в виде цементита. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. Такое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома. Белый чугун имеет высокую твердость и прочность, плохо обрабатывается резанием, хрупок. Используется в качестве передельного на сталь или ковкий чугун. обозначается НВ. Твредость по бринелю

]Серый чугун-Серый чугун это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет. обозначается СЧ . СЧ35 35-это 350 МПа

Ковкий чугун -получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит. Ковкий чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Обозначается КЧ . КЧ30-6 . 30- это 300МПа , 6-на скок % удлиняется

Высокопрочный чугун-Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений. Обозночается ВЧ . ВЧ120 120-это 1200МПа

Свойства чугуна зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав.

Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом.

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ.

 Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы

Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун специальных добавок. Он применяется для изготовления более ответственных изделий, заменяя сталь (коленчатых валов, поршней, шестерен и др.)

2)Влияние термообработки на механические свойства стали

Термическая обработка проводится для изменения механических свойств стали (прочности, твердости, пластичности, вязкости). Эти свойства зависят от структуры стали после термической обработки. После отжига, отпуска, нормализации (отпуск с охлаждением на воздухе) структура стали состоит из пластичного феррита и цементита, обладающего высокой твердостью и хрупкостью.

Измельчение частиц цементита при термической обработке приводит к упрочнению стали. При укреплении частиц цементита увеличивается способность стали к пластической деформации.

Повышение температуры отпуска закаленных изделий, ведущее к укрупнению цементитных частиц, снижает прочность. Прочность снижается при уменьшении скорости охлаждения в процессе закалки или повышении температуры из термического распада.

После закалки структура стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Твердость определяется твердостью мартенсита и его количеством.

Заключительной операцией термической обработки является отпуск. При отпуске стальное изделие приобретает свои окончательные свойства. Чем выше температура отпуска, тем ниже прочность и выше пластичность стали.

Механические свойства стали после закалки и высокого отпуска оказываются выше по сравнению с отожженной или нормализованной сталью.

Двойная термическая обработка, состоящая в закалке с последующим высоким отпуском, ведущая к существенному улучшению общего комплекса механических свойств, называется улучшением и является основным видом термической обработки конструкционных сталей.

3)Общее понятие о литейной технологии; литейные свойства сплавов

Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей и заготовок путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию требуемой детали.

В процессе литья, при охлаждении металл в форме затвердевает и получается отливка — готовая деталь или заготовка, которая при необходимости (повышение точности размеров и снижения шероховатости поверхности) подвергается последующей механической обработке. В связи с этим перед литейным производством стоит задача получения отливок, размеры и форма которых максимально приближена к размерам и форме готовой детали..

Для изготовления отливок в разовых песчаных формах необходима специальная литейная оснастка, от конструкции и качества которой в значительной мере зависит качество и трудоемкость производства литья.

Литейная оснастка по своей роли в процессе изготовления отливок подразделяется на формообразующую (основную) и универсальную (вспомогательную).

Формообразующая оснастка представляет собой модельный комплект, в который входят: модели, стержневые ящики, элементы литниковой системы, модельные плиты, шаблоны для изготовления форм и стержней.

Модель - приспособление для получения внутренних рабочих поверхностей в литейной песчаной форме, которые после заполнения расплавом образуют отливку.

Литейные свойства сплавов

Жидкотекучесть- способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее.

Заполняемость- характеризует способность металлов и сплавов воспроизводить контур отливок в особо тонких сечениях, где в значительной степени проявляется действие капиллярных сил.

Характер затвердевания- Характер затвердевания металлов и сплавов определяет особенность перехода металла из жидкого состояния в твердое.

Характер формирования литой поверхности- под характером формирования литой поверхности металлов и сплавов подразумевают их способность воспроизводить профиль поверхности формы

Объемная усадка- характеризует изменение объема металла при понижении температуры в жидком состоянии, в процессе затвердевания и при охлаждении твердого металла.

Линейная усадка- отражает изменение линейных размеров отливки после образования на ее поверхности жесткого кристаллического скелета и охлаждения до комнатной температуры.

Трещиностойкость- способность металлов и сплавов к релаксации (ослаблению, уменьшению) напряжений, возникающих в отливке при затвердевании и охлаждении, в результате усадки, фазовых превращений или температурного перепада.

Свариваемость. От свариваемости сплавов зависит качество исправления дефектов отливок и надежность соединения литых деталей методом сварки.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15

1 Магний и его сплавы – свойства, применение, принцип маркировки

Магний и его сплавы.

Магний – очень легкий металл, его плотность – 1,74 г/см3. Температура плавления – 650oС. Магний имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку. Очень активен химически, вплоть до самовозгорания на воздухе. Механические свойства технически чистого магния (Мг1): предел прочности – 190 МПа, относительное удлинение – 18 %, модуль упругости – 4500 МПа.

Основными магниевыми сплавами являются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем, цирконием. Сплавы делятся на деформируемые и литейные.

Сплавы упрочняются после закалки и искусственного старения. Закалку проводят от температуры 380…420oС, старение при температуре 260…300oС в течение 10…24 часов. Особенностью является длительная выдержка под закалку – 4…24 часа.

Деформируемые магниевые сплавы.

Магний плохо деформируется при нормальной температуре. Пластичность сплавов значительно увеличивается при горячей обработке давлением (360…520oС). Деформируемые сплавы маркируют МА1, МА8, МА9, ВМ 5—1.

Из деформируемых магниевых сплавов изготавливают детали автомашин, самолетов, прядильных и ткацких станков. В большинстве случаев эти сплавы обладают удовлетворительной свариваемостью.

Литейные магниевые сплавы.

Литейные сплавы маркируются МЛ3, МЛ5, ВМЛ–1. Последний сплав является жаропрочным, может работать при температурах до 300oС.

Отливки изготавливают литьем в землю, в кокиль, под давлением. Необходимы меры, предотвращающие загорание сплава при плавке, в процессе литья.

Из литейных сплавов изготавливают детали двигателей, приборов, телевизоров, швейных машин.

Магниевые сплавы, благодаря высокой удельной прочности широко используются в самолето- и ракетостроении.

2 Термическая обработка чугунов – виды т/обработки, применяемые для чугунов, их цели и результаты

Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.

Среди основных видов термической обработки следует отметить:

Дисперсионное твердение (старение)

Закалка; Отпуск; Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.

Виды термической обработки  Среди основных видов термической обработки следует отметить:  Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.  Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.  Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.  Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.  Отпуск закаленных деталей  Отпуск закаленных деталей уменьшает их хрупкость, повышает вязкость и снимает внутренние напряжения. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.  Низкий отпуск применяют главным образом при обработке измерительного и режущего инструмента. Закаленную деталь нагревают до температуры 150-250С (цвет побежалости - светло-желтый), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате такой обработки материал, теряя хрупкость, сохраняет высокую твердость и, кроме того, в нем значительно снижаются внутренние напряжения, возникающие при закалке.  Средний отпуск применяют в тех случаях, когда хотят придать детали пружинящие свойства и достаточно высокую прочность при средней твердости. Для этого деталь нагревают до 300-500С и затем медленно охлаждают.  И наконец, высокому отпуску подвергают детали, у которых необходимо полностью снять все внутренние напряжения. В этом случае температура нагрева еще выше - 500-600С. 

Термообработку (закалку и отпуск) деталей простой формы (валики, оси, зубила, кернеры) часто делают за один раз. Нагретую до высокой температуры деталь опускают на некоторое время в охлаждающую жидкость, затем вынимают. Отпуск происходит за счет тепла, сохранившегося внутри детали.  Небольшой участок детали быстро зачищают абразивным брусочком и следят за сменой цветов побежалости на нем. Когда появится цвет, соответствующий необходимой температуре отпуска (220С - светло-желтый, 240С - темно-желтый, 314С - светло-синий, 330С - серый), деталь вновь погружают в жидкость, теперь уже до полного охлаждения. При отпуске небольших деталей (как и при закалке) нагревают какую-нибудь болванку и на нее кладут отпускаемую деталь. При этом цвет побежалости наблюдают на самой детали.  Отжиг стальных деталей  Чтобы облегчить механическую или пластическую обработку стальной детали, уменьшают ее твердость путем отжига. Так называемый полный отжиг заключается в том, что деталь или заготовку нагревают до температуры 900С, выдерживают при этой температуре некоторое время, необходимое для прогрева ее по всему объему, а затем медленно (обычно вместе с печью) охлаждают до комнатной температуры.  Внутренние напряжения, возникшие в детали при механической обработке, снимают низкотемпературным отжигом, при котором деталь нагревают до температуры 500-600С, а затем охлаждают вместе с печью. Для снятия внутренних напряжений и некоторого уменьшения твердости стали применяют неполный отжиг - нагрев до 750-760С и последующее медленное (также вместе с печью) охлаждение.  Отжиг используется также при неудачной закалке или при необходимости перекаливания инструмента для обработки другого металла (например, если сверло для меди нужно перекалить для сверления чугуна). При отжиге деталь нагревают до температуры несколько ниже температуры, необходимой для закалки, и затем постепенно охлаждают на воздухе. В результате закаленная деталь вновь становится мягкой.

3 Способы сварки плавлением

По типу источника нагрева: - дуговая сварка, источником нагрева служит теплота, выделяющаяся при бомбардировании поверхности заряженными частицами и теплоты столба плазмы дуги; - электрошлаковая сварка, источником нагрева является теплота, выделяющаяся при прохождении тока через расплавленный шлак, к флюсу предъявляется условие – высокая электропроводность; - электроннолучевая сварка, теплота выделяется при бомбардировании поверхности изделия за счет электронов, которые получили ускорение п поле высокого напряжения; - плазменная сварка, источником теплоты является столб дуги, в котором выделяется ионизированный плазменный поток (высоко ионизированный газ); - лазерная сварка, источником нагрева является теплота, выделяющаяся при поглощении поверхностью нагрева, индуцированного излучением с определенной длиной волны; - свето-лучевая сварка, источником теплоты является энергия, выделяемая при поглощении светового потока в широком диапазоне длин волн; - газовая сварка, источником нагрева является теплота, выделяющаяся при сгорании газов в смеси кислорода. . По способу защиты сварочной ванны околошовной зоны от атмосферы: - газошлаковая защита, характерна при сварке штучными электродами и порошковыми проволоками; - шлаковая защита, это электрошлаковая сварка и сварка под слоем флюса; - газовая защита – сварка в среде защитных газов; - вакуумная защита, при электроннолучевой сварке. . По степени механизации: - ручная сварка, рдс – сварщик работает электродом, все движения выполняет сам;

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16