- •С.П. Шатило,. М.С. Бахарев, с.В.Кучеров, г.Ф. Бабюк методическое руководство
- •Технология конструкционных материалов Нижневартовск 2004
- •Предисловие
- •Лабораторная работа № 1 Анализ фазовых равновесий в системе железо-углерод
- •1. Основные теоретические представления
- •2. Анализ диаграммы состояния железо-цементит
- •Исходные данные для анализа процесса кристаллизации железоуглеродистых сплавов в равновесных условиях
- •6. Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 2 Влияние холодной пластической деформации и рекристаллизации на структуру и свойства металлов и сплавов
- •1. Основные теоретические представления
- •1.1. Влияние холодной пластической деформации на структуру и свойства металлов.
- •1.2. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.
- •2. Порядок выполнения работы
- •2.1. Вариант 1 - Создание холодной пластической деформации катодом сжатия на прессе ип-500.
- •Влияние степени холодной пластической деформации на твердость исследуемого материала
- •Влияние нагрева на твердость материала после холодной пластической
- •2.2. Вариант II - Создание холодной пластической деформации на приборе Бринелля.
- •Влияние степени холодной пластической деформации на твердость малоуглеродистой стали
- •Влияние температуры отжига на твердость холоднодеформированной малоуглеродистой стали
- •3. Требования к отчету.
- •5. Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 3 Обработка металлов давлением
- •1. Основные теоретические представления
- •Подготовка машины к испытаниям и порядок работы
- •2. Порядок выполнения работы
- •Размеры исходной заготовки и расчетные данные по режиму осадки
- •Результаты, полученные после осадки по режиму, предусмотренному в таблице 1
- •3. Содержание отчета
- •2. Методика выполнения работы
- •3.Содержание отчета
- •1.Основные теоретические представления
- •1.1.Выбор способа формовки и поверхности разъема формы
- •1.2. Разработка чертежа отливки
- •3. Составление чертежа модели
- •4.Составление чертежа стержневого ящика
- •5. Выбор типа и определение размеров литниковой системы
- •6. Определение размеров опок
- •7. Составление чертежа «форма в сборе»
- •8. Оформление работы
- •9. Рекомендуемый библиографический список
- •Приложение Эскизы деталей к заданию по теме « Технология изготовления литейной формы»
- •Лабораторная работа № 6 Определение режима ручной дуговой сварки
- •Сущность ручной дуговой сварки
- •Задание по лабораторной работе
- •Методика расчета режима ручной дуговой сварки
- •2. Рассчитать силу сварочного тока.
- •3. Определить массу наплавленного металла.
- •5. Определить основное время на сварку по формуле
- •5.Подсчитать количество электроэнергии, идущей на сварку:
- •Лабораторная работа № 7 Микроструктура сварных соединенийнизкоуглеродистой стали Цель работы
- •1. Основные теоретические представления
- •2. Микроструктурный анализ сварных соединений низкоуглеродистой стали
- •3. Методика выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 8 Контактная точечная сварка
- •Основные теоретические представления
- •Точечная сварка, физическая сущность процесса (рис. 1)
- •1.1. Свариваемость различных металлов и сплавов
- •1.2. Оборудование для контактной сварке
- •1.3. Аппаратура управления машинами
- •1.4. Электроды контактных машин
- •2. Технология контактной сварки
- •Технические характеристики универсальных машин для точечной сварки
- •Технические характеристики подвесных машин для точечной сварки
- •Технические характеристики точечных машин постоянного тока и конденсаторных
- •Технические характеристики регуляторов цикла точечной и рельефной сварки
- •Технические характеристики тиристорных контакторов
- •Технические характеристики сплавов для электродов контактных машин
- •Электроды прямые для контактных точечных машин (гост 14111 -77)
- •С увеличением числа одновременно свариваемых заготовок снижается качество сварного соединения. В связи с этим в ответственных конструкциях рекомендуется одновременно сваривать не более двух заготовок.
- •Режимы точечной сварки углеродистых сталей
- •Режимы точечной сварки коррозионно-стойких сталей
- •Режимы точечной сварки высокопрочных алюминиевых сплавов на конденсаторных машинах
- •Режимы одноимпульсной рельефной сварки тонколистовой низкоуглеродистой стали
- •Дефекты точечной и шовной сварки
- •5. Порядок проведения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •2. Задание по лабораторной работе
- •Индивидуальные задания для расчета
- •Методика расчета режима автоматической сварки под флюсом
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 10 Восстановление деталей электродуговой металлизацией
- •Основные теоретические представления об электродуговой металлизации
- •3. Необходимое оборудование, инструменты и материалы
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Указания по охране труда
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 11 Определение прочности электрометаллизационных покрытий на плоских и цилиндрических деталях
- •1.Основные теоретические представления
- •2. Необходимое оборудование, инструменты и материалы
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Примеры определения прочности металлического покрытия на плоской детали
- •4. 1 . Пример 1
- •4.2. Пример 2.
- •5. Примеры определения прочности металлических покрытий на наружной поверхности цилиндрической детали
- •5.1. Пример
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Характеристики шероховатости обрабатываемой поверхности
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 12 Восстановление изношенных деталей вибродуговой наплавкой
- •1.Основные теоретические представления
- •Расчет параметров режима вибродуговой наплавки
- •2. Контрольные вопросы
- •1Об.Шп → об.Реечн.Колеса,
- •Цепь главного движения
- •Цепь продольных подач
- •Цепь поперечных подач
- •Набор сменных шестерен для нарезки метрической резьбы
- •1.2. Расчет рациональных режимов резания
- •Точность и качество поверхности при обтачивании наружных цилиндрических поверхностей
- •Подачи при черновом наружном точении резцами с пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали
- •Подачи, мм/об, при чистовом точении
- •Значения коэффициента и показателей степени в формулах скорости резания
- •Коэффициент , учитывающий качество обрабатываемого материала при обработке стали быстрорежущими резцами
- •Коэффициент , учитывающий качество обрабатываемого материала твердосплавными резцами
- •Коэффициент , учитывающий качество материала при обработке медных и алюминиевых сплавов
- •Коэффициент , учитывающий влияние поверхности заготовки
- •Коэффициент , учитывающий влияние инструментального материала
- •Режимы резания при тонком точении
- •Режимы резания при точении закаленной стали резцами с пластинами из твердого сплава
- •Значения коэффициента Ср и показателей степени в формулах силы резания при наружном точении
- •Коэффициент , для стали, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала
- •Коэффициент , учитывающий качество обрабатываемого материала при обработке медных и алюминиевых сплавов и чугуна
- •1.3. Пример расчета рациональных режимов резания
- •Коэффициенты Кφр, Кγр, Кλр, Кrp учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента
- •5. Определяем действительную скорость главного движения резания,
- •6. Определяем мощность, затрачиваемую на резание,
- •9. Определяем тангенциальную силу резания,
- •10. Определяем мощность, затрачиваемую на резание,
- •11. Определяем основное время (мин),
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Индивидуальное задание
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 14 Устройство токарно-винторезного станка
- •1. Основные теоретические представления
- •2.Определение основных паспортных данных станка
- •5. Механизмы главного движения
- •6. Механизмы движения подачи
- •3. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15 Геометрия режущего инструмента Цель работы
- •Основные теоретические представления
- •1.1. Токарный проходной резец
- •1.1.1. Поверхности резания
- •Элементы токарного проходного резца
- •Координатные плоскости для определения углов
- •Углы токарного резца
- •1.1.5. Измерение углов токарного резца
- •2.1. Спиральное сверло
- •2.1.1. Элементы и углы спирального сверла
- •2.2.1.Определение углов спирального сверла
- •3.1. Цилиндрическая фреза
- •3.1.1. Элементы и геометрия цилиндрической фрезы
- •3.2.1. Измерение углов цилиндрической фрезы.
- •Приложение
- •1.2.. Определение углов и размеров токарного проходного резца
- •1.3. Материалы для изготовления режущих инструментов
- •Лабораторная работа № 17 Обработка металлов резанием
- •1.Основные теоретические представления
- •Общие сведения по механической обработке деталей машин
- •2. Содержание задания на реферат и порядок его оформления
- •3. Рекомендуемый библиографический список
- •Приложение
- •Основные виды и способы пайки
- •Материалы для пайки
- •Типы паяных соединений
- •Краткое описание источника нагрева, припоя и флюса, применяемых для пайки образцов
- •Последовательность подготовки и пайки образцов
- •Определение прочности паяного соединения
- •2. Порядок выполнения работы
- •3. Требования к отчету
- •4. Контрольные вопросы
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 19
- •Классификация и технологические свойства пластмасс.
- •Технология получения изделий из пластмасс
- •Физико-механические свойства пластмасс
- •Оборудование и приборы
- •Порядок выполнения работы
- •4. Контрольные вопросы
- •5 Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 20 "Изнашивание полимеров при трении скольжения" Цель работы
- •Основные теоретические представления.
- •2. Порядок выполнения лабораторной работы.
- •2.1. Приборы, принадлежности, образцы
- •2.2. Сборка и установка узла трения
- •2.3. Работа установки
- •3.4. Обработка результатов измерений
- •3. Контрольные вопросы
- •4. Рекомендуемый библиографический список
- •Содержание отчета
- •Приложения
- •Лабораторная работа № 21
- •3. Основные теоретические представления
- •4. Основные схемы обработки и элементы рехима резания при шлифовании
- •5. Устройство круглошлифовального станка.
- •6. Устройство плоскошлифовального станка
- •7. Определение некоторых паспортных данных круглошлифовального станка
- •8. Определение некоторых паспортных данных плоскошлифовального станка
- •9.Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка
- •Варианты заданий для расшифровки маркировки шлифовального круга
- •10. Режимы резания при шлифовании
- •10.1 Выбор шлифовального круга
- •10.2 Припуски на обработку
- •10.3. Расчет режима резания при круглом шлифовании с продольной подачей
- •10.4 Определение основного времени при круглом шлифовании
- •10.5 Расчет режима резания при плоском шлифовании периферией круга
- •10.6. Определение основного времени при плоском шлифовании
- •10.7. Пример расчета режима резания и основного времени при круглом шлифовании
- •10.8. Пример расчета режима резания и основного времени при плоском шлифовании
- •11. Содержание отчета
- •12. Контрольные вопросы
- •13. Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 22 "Определение смазочной способности индустриальных масел" Цель работы
- •1. Основные теоретические представления
- •2. Приспособления, приборы, материалы
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Содержание отчета
- •5. Контрольные вопросы
- •6. Рекомендуемый библиографический список
- •Оглавление
2. Микроструктурный анализ сварных соединений низкоуглеродистой стали
Оценивать структуру сварных соединений по диаграммам состояния можно только приблизительно, так как их условия охлаждения не отвечают равновесному охлаждению, при котором строятся диаграммы состояния. При этом следует учитывать процессы ликвации и возможность образования неравновесных структур.
Для назначения режимов термической обработки сварных соединений и определения влияния теплового воздействия при сварке на зоны основного металла, граничащие со швом, использование диаграмм состояния является вполне возможным.
Более точно можно определить структуру стальных сварных соединений по термокинетическим диаграммам - диаграммам превращения аустенита при непрерывном охлаждении.
В низкоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,2-0,4% в результате перекристаллизации образуется структура из зерен феррита и небольшого количества перлита. При этом значительно увеличивается число зерен за счет образования в одном первичном зерне аустенита нескольких зерен феррита и перлита. Такая структура обладает хорошими механическими свойствами.
Однако известно, что в структуре доэвтектоидных сталей избыточный феррит, а в заэвтектоидных - избыточный цементит могут выделяться из аустенита не по границам зерен, а по кристаллографическим плоскостям отдельных кристаллитов в виде полос, прожилок параллельных друг другу или под углом 60-90-120°..Такая структура встречается в литой стали и в стали перегретой при отжиге или горячей механической обработке. Структура перегретой стали нежелательна, так как она снижает механические свойства, особенно сопротивление ударным нагрузкам.
Температура нагрева сварного соединения при сварке различна, начиная от нормальной (комнатной) температуры и кончая температурой плавления сплава. Поэтому и структура металла зоны сварного шва, зоны сплавления и различных участков зоны термического влияния будет различной. При этом характер структур в отдельных участках этой зоны может быть определен по диаграмме состояния сплава, подвергаемого сварке.
Рис.3. Температурные границы участков зоны термического влияния:
а - схема микроструктур околошовной зоны;
б - схема диаграммы состояния железо-цементит, с указанными на ней участками
зоны термического влияния для низкоуглеродистой стали.
На рис.3 показаны температурные границы и микроструктура участков зоны термического влияния свариваемой низкоуглеродистой стали.
Микроструктура наплавленного металла (сталь 08) в зоне сварного шва состоит из крупных ориентированных кристаллитов феррита ивесьма незначительного количества перлитных участков (рис.4). Столбчатые кристаллиты феррита в сечениях, не параллельных их продольным осям, могут наблюдаться в виде зернистой структуры. На этом же рисунке видна граница перехода наплавленного металла (зона сварного шва) к участку неполного расплавления (зона сплавления). Для участка неполного расплавления - участка 1 на рис.3, а также для участка перегрева - участка 2 на рис.3 характерна видманштеттова структура с крупными темными зернами перлита (квазиэвтектоида) и феррита в виде светлой сетки, игл или пластин (рис.5).
Рис.4. Схема микроструктуры наплав- Рис.5. Схема микроструктуры стали ленного металла (сталь 08, феррит и марки 5 на участке перегрева. Вид- перлит; и стали марки 5 (0,35%С) на манштеттова структура, перлит (ква- участке неполного расплавления (фер- зиэвтектоид) и феррит, х 250 рит и перлит), х 250
Большое количество квазиэвтектоида объясняется неравновесной кристаллизацией, при которой перлит образуется при содержании углерода меньше 0,8%. Подобная структура обладает, как известно, низкими механическими свойствами, особенно низкой ударной вязкостью.
Участок неполного расплавления при максимальной температуре нагрева состоит из смеси жидкой и твердой фаз, что вызывает развитие крупнозернистой структуры. При сварке низкоуглеродистой стали интервал температур неполного расплавления очень мал, что способствует образованию незначительных по размерам и трудноразличимых в структуре стали участков. Вместе с тем, влияние этого участка перехода наплавленного металла к основному на качество сварного соединения весьма значительно.
Участок перегрева с крупнозернистым строением включает металл, нагретый до температуры, близкой к температуре плавления.
Повышение содержания углерода в свариваемой стали ухудшает механические свойства перегретой структуры и затрудняет восстановление их последующей термической обработкой.
Для участка нормализации (участок 3 см.рис.3), распространяемого на нагреваемый при сварке выше критической точки Aс3 металл, характерна мелкозернистая структура, состоящая из светлых зерен феррита и темных зерен перлита (рис.6).
Рис.6. Схема микроструктуры стали Рис.7. Схема микроструктуры стали
марки 5 на участке нормализации. марки 5 неполной перекристаллизации
Перлит (квазиэвтектоид) и феррит, Перлит и феррит, х 250.
х 250.
Значительное измельчение зерна основного металла связано с перекристаллизацией при нагреве и охлаждении. Поэтому участок нормализации металла обладает более высокими механическими свойствами, чем основной металл вне зоны термического влияния.
Участок неполной перекристаллизации (участок 4, см. рис.3), включает металл, нагретый при сварке в интервал температур от критической точки Ас1 до Ас3. При этом в структуре наблюдаются более крупные светлые зерна феррита, не прошедшие перекристаллизацию, и более мелкие светлые зерна феррита и темные зерна перлита, прошедшие перекристаллизацию (рис.7). Значительное различие о размерах зерен снижает механические свойства.
Участок рекристаллизации (участок 5, см. рис.3) включает металл, нагретый при сварке в интервал температур 500-725°С, Сильное изменение микроструктуры участка рекристаллизации наблюдается только в стали, предварительно деформированной в холодном состоянии. Микроструктура участка рекристаллизации (рис.8) будет отличаться от строчечной структуры холоднонормированной стали (рис.9) более произвольно расположенными мелкими светлыми зернами феррита и темными зернами перлита. При этом размер зерен зависит от температуры и времени рекристаллизации.
Металл на участке рекристаллизации будет иметь более высокую пластичность и несколько меньшую прочность и твердость по сравнению с исходным холоднодеформированным состоянием. Изменение структуры и свойств металла на участке рекристаллизации по сравнению с основным недеформированным металлом не наблюдается.
Участок синеломкости (участок 6, см. рис.3) по структуре совершенно не отличается от основного металла (см. рис.9). Однако участок синеломкости при нагреве до температур 200-250°С обладает пониженной пластичностью, что может послужить причиной образования трещин при сварке.
Рис.8 Схема микроструктуры стали 5 на Рис.9. Схема микроструктуры предварительно
участке рекристаллизации. Перлит и фер- деформированной стали 5 на участке синеломкости
рит, х 250. вне зоны термического влияния. Строчечная структура.
Перлит и феррит, х 350.
Информация о строении и свойствах отдельных участков сварного соединения позволяет более правильно оценить его качество и выбрать соответствующую термическую обработку для него в целом или отдельно для сварного шва.