Инструментальные стали. Свойства пенопластов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Оглавление

Задание №1

Задание №2

Задание №4

Задание №5

Задание №6

свойство сталь плашка пенопласт

Задание №1

Плашка - ХВ4 - 56-58HRC

Плашка (круглая нарезная) - инструмент для нарезания (накатывания) наружной резьбы вручную или на станках. Нарезные плашки бывают круглые (лерки), раздвижные (призматические). Накатные плашки состоят из 2-х прямоугольных призм или роликов, рабочие части которых имеют профиль, противоположный профилю резьбы.

В зависимости от области применения, метчики и плашки изготавливают из инструментальной углеродистой и быстрорежущей стали.

Для изготовления ручных метчиков и плашек обычно применяют углеродистую (легированную) инструментальную сталь.

Метчики и плашки ручные применяют для нарезания внутренней и внешней резьбы вручную, поэтому принимаем скорость резания незначительно малой. При малых скоростях резания не происходит перегрев режущего инструмента, что очень существенно при выборе марки стали.

Требования, предъявляемые к материалам изделий: высокая твёрдость, износостойкость, прочность.

Для изготовления вышеперечисленных изделий предлагается сталь У10 - инструментальная углеродистая высокопрочная нетеплостойкая небольшой прокаливаемости.

Низколегированные инструментальные стали подразделяются на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости. Для изготовления режущих инструментов используются стали 11ХФ, 13Х, ХВ4, В2Ф неглубокой прокаливаемости и стали X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ глубокой прокаливаемости.

Стали неглубокой прокаливаемости, легированные хромом (0,2-0,7%), ванадием (0,15-0,3%) и вольфрамом (0,5-0,8%) используются при изготовлении инструментов типа ленточных пил и ножовочных полотен. Некоторые из них имеют более специализированное применение. Например, сталь ХВ4 рекомендуется для изготовления инструментов, предназначенных для обработки материалов, имеющих высокую поверхностную твердость, при относительно небольших скоростях резания.

Низколегированные стали с небольшой прокаливаемостью применяют для изготовления инструмента, работающего при температурах до 200--260°С. Эти стали, для получения эксплуатационных характеристик, подвергают неполной закалке и низкому отпуску. Закалку производят в масле или горячих средах.

Характеристика стали ХВ4:

Назначение

Сталь марки ХВ4 отличается особой твердостью и износостойкостью и используется при изготовлении инструмента для чистовой обработки металлов (развертки, шаберы, гравировальные резцы, пилы по металлу и резцы для обработки твердых металлов резанием).

Режим термической обработки

При изготовлении высокопроизводительного инструмента, предназначенного для работы с высокими скоростями резания, применяются быстрорежущие стали. Главным достоинством последних является высокая теплостойкость (обеспечивается введением значительного количества карбидообразующих элементов: W, Мо, V, Со).

Быстрорежущие стали подвергают термической обработке специальных видов. Для улучшения обрабатываемости резанием после ковки быстрорежущую сталь отжигают при 800--860°С. Требуемую теплостойкость быстрорежущие стали приобретают после закалки и многократного отпуска. Отличительной особенностью закалки этих сталей является медленный нагрев и прогревание при 480 и 850°С в средах, предотвращающих их окисление и обезуглероживание. Для сокращения числа операций отпуска после закалки стали ее обрабатывают холодом (--80°С).

Для повышения износостойкости инструмент из быстрорежущих сталей подвергают цианированию.

По режущим свойствам быстрорежущие стали разделяют на: -- нормальной производительности (вольфрамовые Р18, Р12, Р9, Р9Ф5 и вольфраммолибденовые Р6МЗ, Р6М5), с теплостойкостью инструмента до 620°С;

-- повышенной производительности, имеющие в своем составе кобальт, или с повышенным содержанием ванадия (марок Р18Ф2, Р14Ф4, Р14Ф4, Р18К5Ф2, РУМ4К8); с теплостойкостью инструмента до 640°С.
Инструмент из быстрорежущих сталей применяют преимущественно для резания высокопрочных и труднообрабатываемых материалов.

Стали для измерительного инструмента обладают высокой износостойкостью и свойством сохранять стабильные размеры и форму изделий в течение длительного времени. По диаграмме состояния железо-цементит можно приблизительно определить, что до термообработки микроструктура стали была феррит+ лигирующие элементы, а после она стала предположительно мартенсит закалки+карбиды.

Задание №2

Зенкер, У13А:

а) У13А - высокоуглеродистая сталь, инструментальная, высококачественная.

Химический состав стали в %:

Назначение: для изготовления отожжённой и нагартованной ленты толщиной 0,1-4,0мм.

Лента отожжённая: ?_в=885МПа; ?₄= - ; 265HV; 265HB; 24,8HRC.

Лента нагартованная: ?_в= - .

Режущие инструменты, изготовленные из углеродистых инструментальных сталей У10А, У11А, У12А, У13А, обладают достаточной твердостью, прочностью и износостойкостью при комнатной температуре, однако теплостойкость их невелика. При температуре 200-250 "С их твердость резко уменьшается. Поэтому они применяются для изготовления ручных и машинных инструментов, предназначенных для обработки мягких металлов с низкими скоростями резания, таких, как напильники, мелкие сверла, развертки, метчики, плашки и др. Углеродистые инструментальные стали имеют низкую твердость в состоянии поставки, что обеспечивает их хорошую обрабатываемость резанием и давлением. Однако они требуют применения при закалке резких закалочных сред, что усиливает коробление инструментов и опасность образования трещин. Инструменты из углеродистых инструментальных сталей плохо шлифуются из-за сильного нагревания, отпуска и потери твердости режущих кромок. Из-за больших деформаций при термической обработке и плохой шлифуемости углеродистые инструментальные стали не используются при изготовлении фасонных инструментов, подлежащих шлифованию по профилю.

б) Термическая обработка:

1. Закалка при температуре 760-790⁰С

2. Охлаждение в воде

Влияние легирующих элементов на свойства стали и сплавов:
Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15...20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.

По применимости для легирования можно выделить три группы элементов:

· Mn,Si,Cr,B;

· Ni,Mo;

· V, Ti, Nb, W, Zr и др.

Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.

Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:

· влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;

· образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)₇С₃; (Сг,Ре)₂₃С₆; Мо₂С и др.;

· образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом -- Fе₇Мо₆; Fe₃Nb и др.

По характеру влияние на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:

· элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);

· элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа, называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.

Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность.

Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.

Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод, растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести.

Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов.

Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации.

Легирующие элементы (исключение кобальт), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость.

Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение.

Карбидообразующие элементы:

Fe -- Mn -- Cr -- Mo -- W -- Nb -- V -- Zr -- Ti 

(за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве.

Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность.

Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe₇Mo₆, Fe₃Nb₂ и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.

в) Микроструктура и свойства после термической обработки:

Мелкое зерно, применение для сварных конструкций, хорошая обработка резаньем.

Для инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки); напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов.

Диаграмма изотермического превращения Влияние температуры закалки на аустенита. микроструктуру стали *450.

а)-1200°C; б)-1220°C; в)-1240°C; г)-1260°C;

д)-1280°C; е)-1300°C.

Зависимость твёрдости от температуры

и числа отпусков продолжительностью в 1 ч.

Задание №4

ЛО70-1 Химический состав в % материала ЛО70-1:

Примечание: Zn - основа; процентное содержание Zn дано приблизительно

Классификация: Латунь, обрабатываемая давлением, легированная оловом.

Твердость по Бринеллю:

Физические свойства материала:

Коэффициент трения материалов:

Применение: для изделий высокой коррозионной и эрозионной стойкости.

Литейно-технологические свойства:

Обозначения:

Латуни.

Латуни -- двойные и многокомпонентные медные сплавы, в которых основной легирующий компонент -- цинк. По сравнению с медью латуни обладают более высокими прочностью, коррозионной стойкостью, литейными свойствами и температурой рекристаллизации. Это наиболее дешевые медные сплавы. Латуни широко применяют в машиностроении и многих отраслях промышленности. Двойные (простые) латуни, содержащие 88--97% Cu, называют томпаком, а содержащие 79--86% Cu -- полутомпаком. По структуре выделяют альфа-латуни, (альфа+ бетта)-латуни и бетта-латуни, причем альфа- и (альфа+ бетта)-латуни пластичны в холодном и горячем состоянии, бетта-латуни только при высоких температурах.

 Медно-цинковые сплавы, легированные одним или несколькими элементами, называют специальными латунями. Наименование таких латуней дается по легирующим элементам, например, латунь, содержащую свинец, называют свинцовой. Простые латуни маркируют буквой Л, за которой пишут содержание меди в %. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание вводимых элементов в процентах. В зависимости от способа обработки латуни подразделяют на деформированные и литейные. Последние могут изготовляться из вторичного сырья (вторичные литейные латуни). Из деформированных латуней изготовляют листы, ленты, полосы, прутки, трубы, проволоку и поковки; из литейных -- фасонные отливки.

Основные легирующие элементы в специальных латунях--алюминий, железо, кремний, марганец, мышьяк, никель, олово, свинец. Алюминий, а также никель и олово повышают прочность, коррозионную стойкость латуни на воздухе, в морской атмосфере и морской воде, а также улучшает антифрикционные свойства. Железо измельчает зерно, повышает температуру рекристаллизации и твердость латуни. Кремний повышает прочность, коррозионную стойкость, антифрикционные свойства, а марганец -- жаростойкость латуни. Мышьяк предохраняет латунь от обесцинкования в агрессивных пресных водах при комнатной и повышенных температурах. Добавки никеля, мышьяка и железа к алюминиевым латуням повышают их стойкость к щелочам и разбавленным кислотам. Свинец, практически не растворимый в медной основе, располагается в виде дисперсных частиц в объеме зерен и по их границам. Свинец--своеобразная смазка, уменьшающая износ инструмента при обработке резанием латуни. Мелкая, легко отделяющаяся стружка, образующаяся при механической обработке, позволяет получать поверхность обрабатываемых изделий с параметрами низкой шероховатости.

Обрабатываемость резанием медных сплавов оценивается в процентах по отношению к обрабатываемости латуни марки ЛС 63-3, которая принимается за 100%.

Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в горячем и холодном состоянии. Все они хорошо паяются твердыми и мягкими припоями и легче свариваются, чем медь. Следует иметь в виду, что латуни, содержащие более 15% цинка в холоднодеформированном состоянии, в том числе и после обработки резанием, склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию при хранении, особенно во влажной атмосфере, содержащей сернистые газы или аммиак. Для предохранения от растрескивания латунные полуфабрикаты и изделия подвергают низкотемпературному отжигу (250--300° С), при котором уменьшаются остаточные напряжения, но не снижается их прочность. Латуни, за исключением марки ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5, упрочняют деформационным наклепом. Латунь последней марки --единственный дисперсионно-твердеющий сплав, упрочняемый в результате закалка и старения.

Плоский прокат выпускают в мягком (отожженном), полутвердом (обжатие 10--30%), твердом (обжатие 30-50%)" и особотвердом (обжатие более 60%) состоянии. В машиностроении применяют круглый и плоский прокат из латуней.

Задание №5

Пенопласты - газонаполненные пластические массы ячеистой структуры. Пенопласты имеют строение отвердевших пен. Они содержат преимущественно замкнутые, не сообщающиеся между собой полости, разделённые прослойками полимера. Этим они отличаются от поропластов, пронизанных системой связанных каналов-пор, то есть имеющих губчатую структуру. Также пенопласты могут состоять из отдельных гранул (чаще всего пенополистирол).

Выделение пенопластов среди прочих газонаполненных пластмасс в отдельную классификационную группу по признаку изолированности ячеек-полостей достаточно условно, так как во многих пеноматериалах значительная их часть всё же соединена. Правильнее к пенопластам относить любой газонаполненный полимер, полученный путём вспенивания и последующего отверждения первоначально жидкой или пластично-вязкой композиции. При производстве пенопластов газ диспергируют в полимерном сырье полуфабрикате (растворе, расплаве, жидком олигомере, дисперсии) или создают условия для выделения газовой фазы непосредственно в объёме отверждаемого продукта. Технология производства пенопластов бывает основана на различных технологических приёмах вспенивания: механическое перемешивание или барботирование в присутствии пенообразователей; введение газообразователей (веществ, разлагающихся с выделением газа) или веществ, взаимодействующих с образованием газообразных продуктов; насыщение исходной смеси газом под давлением с последующим снижением давления; введение жидкостей, быстро испаряющихся с повышением температуры. В зависимости от состава композиции и условий её отверждения получают материал с преимущественно открытыми или замкнутыми ячейками.

Соответственно оборудование для изготовления пенопластов подразделяется на классы в зависимости от характеристик полимерной основы пенопласта и способа получения вспененного материала. Экструзионный (или экструдированный) пенопласт получают путем вспенивания полимера непосредственно в цилиндре и формующем инструменте экструдера. Изделия из пенополиуретана, как мягкого, так и жесткого, производители получают путем заливки в формы под давлением на специальных заливочных машинах ППУ. При литье пенополиуретановых изделий используется технология смешения двух компонентов сырья - полиола и изоцианата. Вспененные материалы можно получать и на обычном оборудовании для переработки пластмасс - экструзионных линиях и термопластавтоматах путем использования специальных добавок к сырью, порофоров. Изделия из пористых материалы можно изготавливать также вымыванием из монолитной полимерной заготовки растворимого наполнителя, спеканием порошкообразных полимерных материалов, путём конденсационного структурообразования в растворах полимеров. Близки по свойствам к пенопластам газонаполненные пластмассы, полученные с применением полых наполнителей, например заполненных газом сферических микрокапсул.

Пенопласты можно приготовить из большинства синтетических и многих природных полимеров. Однако пенопласты промышленного назначения выпускают главным образом на основе полистирола (ПС), полиэтилена (ПЭ), поливинилхлорида (ПВХ), полиуретанов (ПУ), полипропилена (ПП), фенольных, эпоксидных, карбамидных и кремнийорганических смол. В качестве газообразователей применяют азосоединения, нитросоединения, карбонат аммония и др.; из легкокипящих жидкостей -- изопентан, метиленхлорид, фреоны. Промышленность выпускает жёсткие и эластичные пенопласты с размером ячеек 0,02--2 мм (иногда до 3--5 мм). Они обладают чрезвычайно низкой кажущейся плотностью (0,02-- 0,5 г/см2) и превосходными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Водостойкость, механические и электрические характеристики пенопластов зависят от химической природы и рецептурного состава полимерной композиции, а также от особенностей структуры готового продукта.

Изделия из пенопластов обычно не требуют последующей обработки, из чего следует что и количество отходов пенопласта обычно невысоко. Это говорит об экологичности процесса и делает его еще более привлекательным для производителей.

Пенопласты широко применяют в самолётостроении и судостроении, в транспортном и химическом машиностроении, в строительстве зданий и технических сооружений как листовой тепло- и звукоизоляционный материал. Полистирольный пенопласт используется и как отделочный материал в строительстве, из него делают различные декоративные плитки, панели, молдинги, плинтусы. Постоянно растущие продажи стройматериалов обеспечивают существенный рост выпуска различных пенопластов как в России, так и за рубежом. Пенопласты используют при изготовлении многослойных конструкций, различных плавучих средств (понтонов, лёгких лодок, бакенов, спасательных поясов и др.). Теплопроводность пенопласта крайне мала - это одно из основных свойств, определяющих его применимость в различных областях науки и техники. Прозрачность пенопластов для радиоволн и достаточно высокие диэлектрические и гидроизоляционные свойства обеспечивают этим материалам применение в радиотехнике и электротехнике. Пенопласты широко используются в технологии получения амортизирующих и демпфирующих прокладок, разнообразной тары и упаковки для оптических и других хрупких приборов и механизмов, электронной аппаратуры и др. изделий. Упаковочный пенопласт, как правило, представляет собой отформованный в соответствии с контурами упаковываемого продукта пенополистирольный материал. Огромный рынок эластичных пенопластов - производство мягкой мебели и тёплой одежды.

Задание №6

Оба компонента, входящие в состав системы, не образуют смешанных кристаллов. Точки А и В являются точками плавления чистых кадмия и висмута. Добавление к кадмию висмута понижает точку затвердевания жидкого раствора висмута в кадмии. С увеличением концентрации висмута кривая затвердевания раствора идет вниз.

Диаграмма состояния Висмут-Кадмий.

Аналогично ведет себя кривая затвердевания раствора кадмия в висмуте. Обе кривые пересекаются в точке 0, называемой эвтектической точкой. Область выше кривой АОВ изображает однородную жидкую смесь висмута и кадмия. Область ниже горизонтальной прямой M0N изображает двухфазную систему, состоящую из кристаллов висмута и кристаллов кадмия. Область, ограниченная замкнутой кривой АОМА, представляет двухфазную систему из кристаллов кадмия и

жидкого расплава кадмия с висмутом. Состав жидкого расплава один и тот же во всех точках всякой горизонтальной прямой DE, пересекающей рассматриваемую область. Он определяется точкой пересечения Е указанной прямой с участком кривой плавления АОЕ, где все вещество существует в виде жидкого расплава. Содержание жидкой и твердой частей в какой-либо точке S рассматриваемой области определяется обычным правилом рычага: количества твердого кадмия и жидкого расплава обратно пропорциональны длинам отрезков DS и SE. Аналогично, область, ограниченная замкнутой кривой 0BN0, представляет двухфазную смесь, состоящую из кристаллов висмута и жидкого расплава этого металла с кадмием.

Рассмотрим процесс затвердевания жидкой смеси при ее охлаждении вдоль вертикальной прямой HL. В точке L из расплава начнут выделяться кристаллы кадмия. Система обогащается висмутом, и температура затвердевания ее понижается. Дальше процесс затвердевания идет вдоль кривой LEO до эвтектической точки О. В этой точке понижение температуры прекращается, пока не затвердеет вся жидкость. В точке О будут продолжать выпадать кристаллы оставшегося в жидкости кадмия и начнет кристаллизоваться висмут. При этом относительное содержание кадмия и висмута остается неизменным в течение всего процесса кристаллизации. Эвтектическая точка О является равновесной точкой сосуществования трех фаз: жидкой смеси кадмия с висмутом, кристаллов кадмия и кристаллов висмута. Поскольку в эвтектической точке кристаллизация обоих компонентов происходит одновременно, кристаллическая смесь в этой точке состоит из очень мелких кристалликов кадмия и висмута. Она называется эвтектической смесью или эвтектикой. Слева от эвтектической точки в области, расположенной ниже прямой MN, в эвтектическую смесь вкраплены ранее выделившиеся более крупные кристаллы кадмия, а справа -- висмута.

Размещено на Allbest.ru