- •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
4.3.2. Литье в объемные песчаные и оболочковые формы
Литье в объемные песчаные формы. Для изготовления литейных форм используют формовочную смесь, основными компонентами которой являются кварцевый песок и связующие (например, глина). Связующие придают формовочной смеси необходимую прочность и пластичность. Песок увеличивает пористость и, следовательно, газопроницаемость формовочной смеси. Кроме того, в формовочную смесь вводят противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит), защитные присадочные материалы (борную кислоту, серный цвет) и др. ингредиенты. Для изготовления стержней используют стержневые смеси, состоящие из кварцевого песка и неорганических (жидкое стекло с добавкой 10% раствора NaOH) или органических (фенолформальдегидная или карбамидофурановая смолы) связующих. Отформованные стержни для увеличения прочности подвергаются специальной сушке.
Литейная форма состоит из двух полуформ, изготовляемых в опоках (см. рис. 4.1, а). Полуформы производят ручным или машинным способом. Рабочие полости в верхней и нижней опоках формируют с помощью соответствующих половинок предварительно изготовленной разъемной модели. Стержни при необходимости устанавливают в образовавшиеся рабочие полости после извлечения из опок половинок модели. Затем верхнюю опоку накладывают на нижнюю и скрепляют. Расплавленный металл заливают в собранную форму через воронку литниковой системы. После кристаллизации залитого металла производят разъем опок, выбивку отливки из формы и удаление стержней. Затем от отливки отделяют литниковую систему и производят грубую очистку поверхности от остатков формовочной смеси.
Далее для устранения дендритной структуры, крупнозернистости, литейных (механических) напряжений, а также снижения твердости отливку подвергают термической обработке, зачистке поверхности от следов формовочной смеси и окислов, после чего ее отправляют на механическую обработку.
Литье в объемные песчаные формы – наиболее простой и распространенный способ получения литых заготовок, которым производится около 80% (по массе) литых деталей. Недостатки такого вида литья – низкая точность размеров и как следствие большие припуски на механическую обработку, низкая производительность и вредные санитарно-гигиенические условия труда.
Литье в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы благодаря повышенной точности изготовленной формы позволяет в два раза снизить припуск на механическую обработку. Получаемые отливки обычно имеют толщину стенок до 3–15 мм и массу 0,25–100 кг.
Р ис. 4.2. Схема получения оболочковых форм:
1 – модельная плита; 2 – металлическая модель; 3 – формовочная
смесь; 4 – оболочковая полуформа; 5 – толкатель; 6 – готовая оболочковая форма; 7 – опока-контейнер; 8 – засыпка
Литейную форму собирают из двух частей, называемых полуформами. Полуформы изготавливают с помощью металлических моделей из формовочной смеси, состоящей из мелкозернистого кварцевого песка (93–96%) и термореактивной (фенолформальдегидной) смолы (4–7%). Технология получения оболочковых форм состоит из следующих операций. Металлическую модель 2, закрепленную на модельной плите 7, нагревают до 200–250оС (рис. 4.2, а). Затем модель 2 посыпают формовочной смесью 3 и выдерживают 10–30 с (рис. 4.2, б). Смола, содержащаяся в формовочной смеси расплавляется, склеивает песчинки и от нагрева полимеризуется, образуя оболочку 4 толщиной 5–20 мм. Непрореагировавшую формовочную смесь ссыпают с модели (см. рис. 4.2, в) и образовавшуюся оболочку 4 снимают с помощью специального толкателя 5. Для окончательного отверждения смолы и получения прочных полуформ оболочки помещают в печь, нагретую до 300–350°С, и выдерживают 1–1,5 мин. Затем полуформы, находящиеся в горячем состоянии, склеивают синтетическим клеем (например, БФ-2). Полученные оболочковые формы 6 помещают в опоку-контейнер 7 и засыпают кварцевым песком или металлической дробью 8 для предохранения от разрушения при заливке расплавленного металла. После кристаллизации и охлаждения отливки оболочковую форму разрушают. Недостатком этого метода является выделение токсичных фенолсодержащих газов, для удаления которых требуется мощная вентиляция.