- •С. В. Сапунов материаловедение и технология конструкционных материалов
- •080200 – Менеджмент, профиль «Производственный менеджмент
- •Санкт-Петербург
- •Предисловие
- •Раздел 1 теоретические основы материаловедения
- •1.1. Предмет материаловедения
- •1.2. Мировое производство материалов
- •1.2.1. Черные и цветные металлы
- •1.2.2. Преимущества и недостатки стали
- •1.2.3. Принципы маркировки и сортамент материалов
- •Обозначения стали 45
- •1.3. Строение металлов
- •1.3.1. Основные типы кристаллических решеток
- •1.3.2. Дефекты в кристаллах
- •1.4. Строение металлического слитка
- •1.5. Деформация и разрушение металлов
- •1.6. Возврат и рекристаллизация
- •1.6.1. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •1.7. Механические свойства материалов
- •1.7.1. Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •1.7.2. Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3 . Определение твердости по Виккерсу
- •1.7.3. Определение ударной вязкости при изгибе
- •1.8. Полиморфные превращения
- •1.9. Строение сплавов
- •1.10. Диаграмма состояния железо – цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •1.11. Железо и сплавы на его основе
- •1.12. Легирующие элементы в стали
- •1.12.1. Структурные классы легированных сталей
- •1.12.2. Цели легирования
- •Раздел 2 управление свойствами металлов и сплавов
- •2.1. Термическая обработка
- •2.1.1. Отжиг
- •2.1.2. Закалка и отпуск
- •2.1.3. Старение сплавов
- •2.2. Термомеханическая обработка
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •2.3. Деформационное упрочнение
- •2.4. Химико-термическая обработка
- •Раздел 3 промышленные материалы
- •3.1. Классификация сталей
- •3.2. Конструкционные стали и сплавы
- •3.2.1. Углеродистые стали
- •3.2.2. Легированные стали
- •3.2.3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •3.3. Инструментальные стали и сплавы
- •3.4. Чугуны
- •3.5. Магний и сплавы на его основе
- •3.6. Алюминий и сплавы на его основе
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •3.7. Титан и сплавы на его основе
- •3.8. Медь и сплавы на ее основе
- •3.9. Тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.10. Антифрикционные материалы
- •3.11. Полимеры и пластмассы
- •3.12. Композиционные материалы
- •Раздел 4 технология конструкционных материалов
- •4.1. Способы получения металлов и сплавов
- •4.2. Вторичная плавка металлов и сплавов
- •4.3. Технологии литейного производства
- •4.3.1. Литейные формы
- •4.3.2. Литье в объемные песчаные и оболочковые формы
- •4.3.3. Литье в кокиль, литье под давлением, литье вакуумным всасыванием и выжиманием
- •4.3.4. Литье по выплавляемым моделям
- •4.3.5. Центробежное, непрерывное и полунепрерывное литье
- •4.3.6. Электрошлаковое литье
- •4.4. Технологии обработки металлов давлением
- •4.4.1. Прокатка
- •4.4.2. Волочение и прессование
- •4.4.3. Ковка
- •4.4.4. Горячая штамповка
- •4.4.5. Холодная штамповка
- •4.5. Технологии сварки и пайки
- •4.5.1. Термические виды сварки
- •4.5.2. Механические виды сварки
- •4.5.3. Термомеханические виды сварки
- •4.5.4. Резка металлов
- •4.5.5. Пайка металлов
- •4.6. Технологии обработки резанием
- •4.6.1. Обработка на токарных станках
- •4.6.2. Обработка на сверлильных и расточных станках
- •4.6.3. Обработка на фрезерных станках
- •4.6.4. Обработка на строгальных, долбежных и протяжных станках
- •4.6.5. Обработка на шлифовальных, заточных и отделочных станках
- •4.6.6. Обработка на многооперационных станках
- •4.7. Физико-химические методы размерной обработки
- •4.7.1. Электрофизические методы
- •4.7.2. Электрохимические методы
- •4.8. Технологии обработки пластмасс
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Содержание
- •Раздел 1 4
- •Раздел 2 36
- •Раздел 3 46
- •Раздел 4 70
4.5.4. Резка металлов
Резкой металлов называют отделение частей (заготовок) от сортового, листового или литого металла. Различают механическую (ножницами, пилами, резцами), ударную (рубку), гидроабразивную и термическую резку; на последней мы остановимся подробнее.
Термической резкой называют обработку металла (вырезку заготовок, прошивку отверстий, строжку – поверхностную резку) посредством нагрева газовым пламенем, плазменной дугой, электронным или лазерным лучом. Резом называют паз, образующийся между частями металла в результате резки. По форме и характеру реза может быть разделительная и поверхностная резка, по шероховатости поверхности реза – заготовительная и чистовая. Термическая резка отличается от других видов высокой производительностью при относительно малых затратах энергии и возможностью получать заготовки любого, сколь угодно сложного, контура при большой толщине металла.
Различают три группы процессов термической резки – окислением, плавлением и плавлением-окислением.
При резке окислением металл в зоне резки нагревают до температуры его воспламенения в кислороде и затем сжигают его в струе кислорода, используя образующуюся теплоту для подогрева следующих участков реза. Продукты сгорания выдувают их реза струей кислорода и газов, образующихся при горении. К резке окислением относятся кислородная и кислородно-флюсовая резка. Заготовки из углеродистых сталей чаще всего получают кислородной резкой. Для резки чугуна, цветных металлов, высоколегированных сталей, хромоникелевых сплавов, бетона и железобетона применяют кислородно-флюсовую резку. Порошкообразные флюсы, вводимые вместе с кислородом в зону резания, увеличивают тепловыделение и способствуют образованию более легкоплавких шлаков, которые эффективнее удаляются струей режущего кислорода.
При резке плавлением металл в зоне резки нагревают мощным концентрированным источником тепла и выдувают расплавленный металл из реза с помощью силы давления дуговой плазмы, реакции паров металла, электродинамических и др. сил, возникающих при действии источника тепла, либо специальной струей газа. К способам этой группы относятся: дуговая, воздушно-дуговая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная и термогазоструйная резка. Наиболее распространен обеспечивающий высокое качество и производительность труда способ плазменной резки сжатой дугой. Для цветных металлов, и в первую очередь алюминия, плазменная резка – один из лучших способов.
При резке плавлением-окислением применяют одновременно оба процесса, на которых основаны две предыдущие группы способов резки. К способам третьей группы относятся: кислородно-дуговая, кислородно-плазменная и кислородно-лазерная резка.
4.5.5. Пайка металлов
Пайка металлов – это процесс соединения частей изделия введением между ними расплавленного промежуточного металла – припоя с температурой плавления более низкой, чем у соединяемых металлов. Припой в жидком виде под действием капиллярных сил заполняет зазор между соединяемыми поверхностями, а затем кристаллизуется и прочно соединяется с основным металлом. Основной металл при пайке не плавится, а только подогревается. Перед пайкой детали в месте соединения очищают от загрязнений и окислов, а в процессе пайки применяют разнообразные флюсы. Флюсы растворяют и удаляют окислы с паяемых поверхностей, зачищают основной металл и расплавленный припой от окисления, уменьшают поверхностное натяжение жидкого припоя и обеспечивают ему лучшую растекаемость и смачивание соединяемых поверхностей.
Источниками теплоты при пайке являются электронагрев, индукционный нагрев, лазер, газовое пламя, паяльник и др. При пайке припой нагревается на 50–100°С выше температуры его плавления, а основной металл изделия нагревается почти до температуры плавления припоя, чтобы обеспечить хорошую смачиваемость поверхностей и капиллярность.
Для увеличения площади контакта при пайке чаще всего применяют нахлесточные соединения. Достоинства пайки – практическое отсутствие коробления соединяемых деталей, возможность соединения разнородных металлов, а также металлов и неметаллов (например, стали и керамики). Кроме того, допускается разборка при ремонте паяных соединений путем повторного нагрева.
В зависимости от температуры плавления используемого припоя различают два основных вида пайки: высокотемпературную (более 500оС) и низкотемпературную (менее 400оС).
В качестве высокотемпературных – твердых припоев (σв < 500 МПа) чаще всего используют медно-цинковые, серебряно-медные и серебряно-медно-цинковые, например, марок ПМЦ-54, СрМ970, СрМЦ80, соответственно (цифра показывает содержание первого компонента). Температура плавления этих припоев составляет от 770 до 860оС. Флюсы, используемые при пайке твердыми припоями, чаще всего содержат в своем составе буру, борный ангидрид и фтористые соли.
В качестве низкотемпературных – мягких припоев (σв < 70 МПа) применяют оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-кадмиевые, оловянно-свинцово-сурьмянистые и др., например, марок ПОС-90, ПОСК-50-18, ПОССу-40-2, с температурой плавления от 145 до 300оС. Для пайки мягкими припоями используют флюсы: хлористый цинк, нашатырь, канифоль и др.
Паяные конструкции широко применяются в технике при производстве всех систем летательных аппаратов, в электротехнике, электронике и др. отраслях промышленности.