Металловедение
Перечислите основные методы испытания материалов, укажите свойства, определяемые этими методами. Опишите основные методы испытания материалов на твердость.
Методы:
Физические(применяют для определения эксплуатационных свойств материалов или для проведения неразрушающего контроля их качества и определения дефектов.)Механические испытания(испытания на растяжения, изгиб и кручение, циклическое нагружение). Испытание на твёрдость(К испытаниям макротвердости относят способы определения твердости по Бринеллю, Виккерсу и Роквеллу (с применением усилий более 30 Н). Получившийся большой отпечаток выбирают в качестве параметра макротвердости, характерного для структуры в целом.При определении микротвердости с использованием небольших и очень малых нагрузок получают очень малые отпечатки. Этим методом можно измерить твердость отдельных кристаллитов или включений)
Приведите классификацию углеродистых сталей. Опишите их свойства, правила маркировки и область применения.
По способу производства:а) мартеновская(М);б) конверторная(К);в) бессемеровская(Б);
По степени раскисления:а) кипящая(КП);б) полуспокойная(ПС);в) спокойная(СП);
По назначению и гарантируемым характеристикам (группы):А - по механическим свойствам;Б - по химическому составу;
В - по механическим свойствам и отдельным требованиям к химическому составу.
Сталь группы В не может быть изготовлена бессемеровским способом.
Примеры марок сталей Ст.0, МСт.2, КСт.1, БСт.6, ВКСт.4.Буквы "Ст." означают сталь; цифры от 0 до 7 - условный порядковый номер марки в зависимости от химического состава стали и механических свойств.
Буквы "М", "К", "Б" добавляют перед обозначением марок стали групп Б и В в зависимости от способа выплавки.При обозначении марок стали группы В добавляется буква "В".Для изготовления болтов, гаек, винтов применяют автоматные стали. Они хорошо обрабатываются резанием на больших скоростях. Автоматные стали имеют повышенное содержание S и P. В марке буква "А" означает "сталь автоматная", цифра - среднее содержание С в сотых долях
процента. Пример А12, А20.
Приведите классификацию легированных сталей. Опишите их свойства, правила маркировки и область применения.
По назначению стали классифицируются на:а) конструкционные;б) инструментальные;в) стали и сплавы с особыми свойствами.В основу классификации легированных сталей заложены четыре признака:
− равновесная структура;
− структура охлаждения на воздухе;
− химсостав;
− назначение.
По химсоставу стали классифицируются в зависимости от легирующих элементов: хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и многие другие. Легированные стали могут быть низколегированные (до 3% легирующих элементов), среднелегированные (от 3 до 10%), высоколегированные (от 10 до 50%).
Приведите классификацию инструментальных сталей. Опишите их свойства, правила маркировки и область применения.
У — углеродистая, следующая за ней цифра — среднее содержание углерода в десятых долях процента, Г — повышенное содержание марганца. По структурному признаку различают:
а) стали, содержащие С сверх эвтектоидной концентрации и имеющие после закалки твердую металлическую основу (мартенсит), в которой распределены еще более твердые включения (карбиды);
б) доэвтектоидные стали с повышенным содержанием С, получающие после закалки мартенситную структуру и высокую твердость;в) аустенитные сплавы с пониженным содержанием С (0,1-0,4%), приобретающие высокую твердость вследствие карбидного и интерметаллидного упрочнения;г) стали, устойчивые против коррозии и имеющие повышенное содержание С.
По способу производства:1) высококачественные 2) качественные По назначению:1) стали для режущих и измерительных инструментов (углеродистые и легированные);2) стали для штампованных инструментов;3) быстрорежущие стали.
Инструментальные стали и сплавы должны обладать:
а) высокой твердостью; твердость металлорежущих инструментов для обработки черных металлов должна составлять 63-67 HRC; для обработки цветных металлов и дерева - 47-58 HRC;
б) высокой прочностью, обеспечивающей стойкость инструментов; прочность определяют при испытаниях на изгиб;
в) износоустойчивостью, зависящей от состояния и качества (твердости и теплостойкости) стали, а также от состояния сопряженной пары (инструмент-материал) и условий экплуатации инструмента;
г) красностойкостью (теплостойкостью, устойчивостью против отпуска), характеризующей способность стали сохранять высокие твердость, прочность и износоустойчивость при нагреве, возникающем во время работы; одно из важнейших свойств, обуславливающих качество инструментальных сталей, характеризуется максимальной температурой после четырехкратного нагрева, при которой сталь сохраняет твердость не ниже 60 HRC;
д) прокаливаемостью, влияющей на стойкость инструмента и определяющей его технологические свойства.
Приведите классификацию чугунов. Опишите их свойства, правила маркировки и область применения.
В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.
В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита.
В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:
передельный чугун — П1, П2;
передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2,
передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3,
передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);
антифрикционный чугун
антифрикционный серый — АЧС,
антифрикционный высокопрочный — АЧВ,
антифрикционный ковкий — АЧК;
чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлиненние(%);
чугун легированный со специальными свойствами — Ч. Применение( для деталей машин, инструмента и различных изделий)
Приведите классификацию алюминиевых сплавов. Опишите их свойства, правила маркировки и область применения.
Все алюминиевые сплавы можно, первоначально разделить на две большие группы: деформируемые сплавы (предназначены для получения полуфабрикатов: листов, плит, прутков, профилей, труб и др., а также поковок и штамповых заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки) и литейные алюминиевые сплавы (предназначены для фасонного литья). Деформируемые алюминиевые сплавы могут упрочняться термической обработкой, или нет.
К упрочняемым сплавам относят: дуралюмины, «дюраль» (удовлетворительно обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состояниях, хорошо свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой плавлением); авиаль (АВ - удовлетворительно обрабатывается резанием после закалки и старения, хорошо сваривается аргонодуговой и контактной сваркой); высокопрочный сплав (В95 - хорошо обрабатывается резанием и сваривается точечной сваркой); сплавы для ковки и штамповки (отличаются высокой пластичностью, хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются контактной и аргонодуговой сваркой).К сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относят сплавы алюминия с марганцем (АМц) и алюминия с магнием (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6). Они легко обрабатываются давлением (штамповка, гибка), хорошо свариваются и обладают хорошей коррозионной стойкостью.
П - полуфабрикат (сплавы для холодной штамповки из проволоки);
Р - рафинированный (содержание натрия < 0.0015%);
М - мягкий отожженный;Н - нагартованный;Н1 - нагартованный на одну четверть;Н2 - нагартованный на одну вторую;Н3 - нагартованный на три четверти;Т - закаленный и естественно состаренный;Т1 - закаленный и искусственно состаренный на максимальную прочность;Т2, Т3 - режимы искусственного старения, обеспечивающие перестаривание материала (режимы смягчающего искусственного старения);Т5 - закалка полуфабрикатов с температуры окончания горячей обработки давлением и последующее искусственное старение на максимальную прочность;T7 - закалка, усиленная правка растяжением (1,5-3 %) и искусственное старение на максимальную прочность.
Приведите классификацию медных сплавов. Опишите их свойства, правила маркировки и область применения.
Медь и медные сплавы.
Различают три группы медных сплавов:Бронзы ЛатуниСплавы меди с никелем
В марках сплавов, обрабатываемых давлением, указываются начальные буквы самих сплавов (Л-латунь, БР-бронза, МН-медно-никелевый сплав) и буква, обозначающие легирующие элементы (например, А-алюминий, Ж-железо, Кд-кадмий, Мц-марганец, О-олово, С-свинец, Х-хром, Цр-цирконий и т.д.), затем цифры, обозначающие среднее содержание в процентах (по массе) легирующих элементов. В латунях после буквы Л следует обозначение легирующих элементов, затем цифры, показывающие среднее содержание меди и легирующих элементов. Например, марка латуни, содержащей 60% меди, по 1% алюминия и железа, остальное — цинк, обозначается ЛАЖ60-1-1. В брозах и медно-никелевых сплавах после Бр и МН следует обозначение легирующих элементов, затем их среднее содержание, например, оловянно-фосфористая бронза, содержащая 7% олова и 0,2% фосфора.
В марках сплавов литейных после букв, обозначающих легирующий элемент, указывается его среднее содержание в процентах (по массе) . Например, ЛЦ40Мц1,5 — марка латуни, в которой содержание элементов составляет, %:цинка — 40, марганца — 1,5, остальное — медь.
Объясните сущность нормализации. Приведите примеры деталей, подвергающихся нормализации
Нормализацией называется вид термической обработки, при которой стальные заготовки или детали нагревают на 30-50 °С выше линии GSE, выдерживают при этой температуре и охлаждают на воздухе. Охлаждение на воздухе обеспечивает переохлаждение аустенита до температур ниже 727 °С. Переохлажденный аустенит превращается в однородную структуру мелкодисперсного перлита. Нормализация позволяет получить мелкое зерно у доэвтектоидных сталей и уничтожить сетку цементита у заэвтектоидиых сталей. После нормализации прочность и твердость стали выше, чем у отожженной, а пластические свойства практически получаются одинаковыми. Так, среднеуглеродистая сталь после нормализации имеет твердость НВ 190, а после отжига – НВ 160, инструментальная сталь имеет соответственно НВ 270 и 220. Кроме того, нормализация стали снимает внутренние напряжения, улучшает обрабатываемость резанием, позволяет исправить структуру сварного шва. Нормализацию применяют при изготовлении посуды, инструментов, деталей бытовых машин, мотоциклов, автомобилей и т. п.
Объясните сущность закалки. Опишите способы закалки стали.
Закалка стальных деталей. Закалкой называется операция термической обработки, заключающаяся в нагреве доэвтекто-идной стали выше GS и заэвтектоидной стали выше PSK на 30-50 “С, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении в специальных средах
Нагрев заготовок и деталей под закалку осуществляют в печах, в расплавленных солях, в расплавленных металлах (например, в свинце) и электротоком. После нагрева для получения требуемой структуры детали охлаждаются с разной скоростью, которая зависит от охлаждающей среды. В качестве закалочных сред используют воду с различной температурой, 10 %-ный раствор в воде едкого натра или поваренной соли, эмульсию мыла в воде, минеральное масло. В зависимости от скорости охлаждения при закалке можно получить структуру мартенсита, троостита и сорбита.
Объясните сущность поверхностной закалки токами высокой частоты. Приведите примеры деталей, подвергающихся поверхностной закалке ТВЧ.
Сущность этого метода заключается в том, что изделие помещается в индуктор, через который пропускается ток большой силы (5000-8000 А) промышленной (50 Гц) или высокой частоты (до 104-106 Гц). Индукторы изготовляют из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они сами не нагреваются. За счет вихревых токов поверхность изделий нагревается в течение нескольких секунд до 850-950 °С. После нагрева изделие охлаждают водой, что и обеспечивает закалку поверхностного слоя. Глубина закаленного слоя регулируется частотой тока, выдержкой изделия в индукторе и может быть от долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Закалка токами высокой частоты применяется при термической обработке шестерен, валов, некоторых инструментов и других изделий, которые при эксплуатации воспринимают ударные нагрузки. При этом методе закалки достигается высокая производительность, отсутствует окисление поверхности детали и возможна полная автоматизация всего процесса.
Объясните назначение и сущность отпуска сталей. Опишите виды отпуска стали.
Наиболее важной операцией при отпуске является нагрев. Результаты отпуска определяются температурой нагрева изделия и достаточной выдержкой его при этой температуре. Поэтому особенное внимание должно быть уделено правильному выбору температуры нагрева и ее поддержанию во время отпуска. В зависимости от требований, предъявляемых к изделию, температура отпуска колеблется в пределах от 150 до 680°. Нагревать изделия до температуры отпуска следует постепенно и равномерно. Изделия обычно загружают в холодные печи (или нагретые до температуры 200°) и затем медленно нагревают до температуры отпуска со скоростью 50 - 100° в час (в зависимости от сечения изделия).Быстрый нагрев может привести к образованию на изделии трещин. Отпуск производится в камерных и пламенных печах, а также в электрических типа ПН-32. Для обеспечения более равномерного нагрева в печах устанавливают вентиляторы с замкнутой циркуляцией воздуха. Они необходимы потому, что при относительно низких температурах (до 500 - 600°) теплопередача от спокойного воздуха к металлу происходит весьма медленно и неравномерно. Мелкие изделия (например, инструменты) отпускают в масляных и соляных ваннах, а также на горячих плитах или в песчаных банях.В этих условиях нагрева исключаются случайные колебания температуры, что имеет большое значение при отпуске. Скорость охлаждения при отпуске углеродистой стали не имеет существенного значения, так как при охлаждении отпущенной стали структурные превращения в ней не протекают. Охлаждение при отпуске чаще всего производят на спокойном воздухе. Некоторые легированные стали охлаждают даже в воде, но это вызывается особыми обстоятельствами, которые будут рассмотрены в дальнейшем.
Низкий отпуск производится при температурах 150 - 300°
Средний отпуск осуществляется при температурах 300 - 450°.
Высокий отпуск производится при температурах 500 - 680°.
Объясните сущность химико-термической обработки сталей. Приведите классификацию видов ХТО и их применение.
Химико-термическая обработка стали заключается в изменении не только структуры, но и состава поверхностных слоев. Химический состав поверхностных слоев изменяется в результате насыщения их углеродом, азотом, хромом, бором и другими элементами. Наиболее распространены цементация, азотирование, диффузионная металлизация.
Цементация – насыщение поверхностных слоев углеродом. Она применяется для получения высокой поверхностной твердости, износостойкости при сохранении мягкой и вязкой сердцевины детали.
Азотирование – процесс насыщения стали азотом в атмосфере распадающегося аммиака при температуре 500–700 °С, в результате повышается твердость поверхностного слоя, износостойкость, сопротивляемость коррозии.
Диффузионная металлизация – насыщение поверхностного слоя алюминием (алитирование), хромом (хромирование), бором (бо-рирование). В зависимости от насыщающего элемента различают следующие процессы химико-термической обработки:однокомпонентные: цементация - насыщение углеродом; азотирование - насыщение азотом; алитирование - насыщение алюминием; хромирование - насыщение хромом; борирование - насыщение бором; силицирование - насыщение кремнием;многокомпонентные: нитроцементация (цианирование, карбонитрация) - насыщение азотом и углеродом; боро- и хромоалитирование - насыщение, бором или хромом и алюминием, соответственно; хромосилицирование – насыщение хромом и кремнием и т.д.Широкое промышленное применение получили только традиционные процессы насыщения: азотирование, цементация, нитроцементация, цианирование. Цинкование, алитирование, борирование, хромирование, силицирование применяют значительно в меньшей мере.
На практике в подавляющем большинстве случаев ХТО подвергают сплавы на основе железа (стали и чугуны), реже - сплавы на основе тугоплавких металлов, твердые сплавы и еще реже сплавы цветных металлов, хотя практически все металлы могут образовывать диффузионные слои с подавляющим большинством химических элементов Периодической системы элементов Д.И. Менделеева.
Технология литейного производства
Объясните сущность литейного производства. Укажите область применения, достоинства и недостатки по сравнению с другими способами получения заготовок и основные направления развития литейного производства
Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей и заготовок путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию требуемой детали.
Виды литьяИзвестно множество разновидностей литья:в песчаные формы (ручная или машинная формовка);в многократные (цементные, графитовые, асбестовые формы);в оболочковые формы;по выплавляемым моделям;по замораживаемым ртутным моделям;центробежное литье;в кокиль;литьё под давлением;по газифицируемым (выжигаемым) моделям;вакуумное литьё;электрошлаковое литьё;литьё с утеплением
Опишите технологический процесс получения отливок в разовых песчано-глинистых формах на всех стадиях производства
Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (ранее — деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия — литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку.
Объясните назначение оборудования и приспособлений, необходимых для получения отливок в разовых формах.
Художественное литье - Способы изготовления художественных отливок многообразны, наиболее распространенным остается способ художественного литья по выплавляемым моделям, известный с древних времен (восковой), отличие от промышленного способа ЛВМ заключается в применении более качественных восковых составов для получения тонких художественных элементов, а также в способе изготовления оснастки (по мастер модели).
Литье в прессованные стержни- Точность отливок в значительной степени зависит от прочности форм
Литье в песчанно-глинистые формы, (габаритные оболочки) - Применение химически твердеющих смесей. Технологический процесс изготовления оболочек, из формовочных и стержневых смесей на жидком стекле, твердеющих при продувке углекислым газом. Особенностью этого технологического процесса является расчленение оболочковой формы на несколько частей (местных оболочек).
Литье в стеклянные оболочки - В таких формах можно получать очень точные с высокой чистотой поверхности отливки из латуни, углеродистых и нержавеющих сталей, в также из алюминиевых, кобальтовых и хромистых сплавов. Заливка металла в стеклянные формы может быть также центробежной под давлением и вакуумным всасыванием.
Литье в тонкие оболочки - При литье в оболочковые формы возможно:
1) получение более частой и гладкой поверхности
;2) повышение точности отливки,
3) уменьшение брака по засорам,
4) качественное заполнение более тонких сечений.
Применение этого способа литья позволяет:
1) Значительно сократить расход формовочных и стержневых материалов.
2) Использовать простую оснастку и значительно уменьшить затраты на оборудование.
3) Упростить механизацию и автоматизацию процесса изготовления формы.
Объясните назначение литниковой системы и ее элементов. Приведите примеры литниковых систем для получении одной и для получении нескольких отливок в одних опоках.
Лит. Система-литейная форма заполняется жидким металлом через каналы. по конструкции и расположению в форме летниковые системы бывают верхние, нижние, боковые, ярусные, стопочные и дождевые, сужающиеся, расширяющиеся, дроссельные и др.
Объясните сущность формовки при получении отливок в разовых формах. Опишите разновидность способов формовки и технологический процесс формовки на примере произвольной детали.
Формовка-изготовление формы тем или иным способом. Для процесса изготовления необходима лит. тех. Оснастка: модели, стержневые ящики, сушильные плиты, для стержней, опоки.
Объясните назначение формовочных и стержневых смесей. Приведите классификацию и укажите требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям.
Предназначена для изготовления разовых литейных форм и стержней, а также для облицовки изложниц и кокилей используют разнообразные формовочные и стержневые смеси. Требован: конпоненты должны быть дешевыми и обладать способностью к регенерации, т.е. восстановлению св-в для последующего использования.
Стержневые смеси: 1высыхающие,2склеивающие,3затвердевающиеся. Треб: высокие треб. по точности, огнеупорности, потдатливости и газопроницаемости, так как стержень находится внутри расплавленного метала и испытывает с его стороны тепловые и механические воздействия.
Назовите основные дефекты отливок. Объясните причины их возникновения и опишите способы их устранения. (3, стр. 232)
Опишите сущность процесса получения отливок в многоразовых металлических формах (кокильное литьё). Назовите область применения, достоинства и недостатки метода.
Кокиль- это металлическая разъемная или неразъемная, многократно используемая литейная форма, изготавливаемая из чугуна, стали, алюмин сплав. с анодированной поверхностью или мнеди. Для постоянстваразмеров кокили делают охлажденными, что позволяет поддерживать постоянную температуру в процессе его работы в течении всей смены. Недостаток6 появление отбела.
Опишите сущность центробежного способа литья. Назовите область применения, достоинства и недостатки метода.
Центробежное литьё-способ получения литых заготовок во вращающихся металлических формах-изложницах, рабочая поверхность которых покрыта огнеупорной краской или футерована которых покрыта огнеупорной смесью, внутрь которых заливается расплавленный метал(трубы, венцы, гильзы, втулки ободья.)
Опишите сущность литья под давлением. Назовите область применения, достоинства и недостатки метода.
Литье под давлением-это процесс получения отливок в металлических формах(пресс формах) в которые расплавленный метал поступаетчерез литниковую систему под высоким давлением.(получают мелкие, сложные отливки из разных сплавов) автоматическое управление
Опишите сущность литья по выплавляемым (вытапливаемым) моделям. Назовите область применения, достоинства и недостатки метода.
Опишите сущность литья в оболочковые формы. Назовите область применения, достоинства и недостатки метода.