Сплавы и их марки. Технология сваривания

8

1. Расшифровать марки сплавов, которые даны, охарактеризовать их и указать назначение.

1) Сплав СЧ28-48

По сопротивлению сжатию чугун мало отличается от стали, если они имеют одинаковые структуры металлической основы. Вместе с тем графит в чугуне действует подобно смазке, снижает коэффициент трения и износ чугунных деталей в узлах трения.

Механические свойства серого чугуна можно повысить модифицированием, сущность которого состоит в том, что в жидкий чугун перед его заливкой в формы вводят небольшое количество ферросилиция или силикокальция. Эти добавки создают дополнительные центры кристаллизации металла и графитизации, способствующие получению мелко-зернистой металлической основы и мелкопластинчатого графита.

Имеется 11 марок серого чугуна (ГОСТ 1412-79). В марке, например, СЧ28-48 буквы СЧ обозначают серый чугун, число 28 - прочность при растяжении, а 48 - при изгибе.

2) Сплав БрОС8-12

Бронзами называются сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свинцом или бериллием. Они могут дополнительно легироваться никелем, марганцем, железом и другими элементами. Наиболее распространены оловянистые бронзы. Их строение и свойства зависят от содержания олова й характеризуются диаграммой состояния Сu - Sn. Из диаграммы видно, что бронза в равновесном состоянии, содержащая до 14% Sn, представляет собой однофазный твердый раствор олова в меди а.

В связи со значительным интервалом температур между линиями ликвидуса и солидуса однофазные оловянистые бронзы имеют значительную внутрикристаллическую (дендритную) ликвацию. При этом медь концентрируется в осях дендритов, а олово - в междендритных пространствах.

Структура реальных сплавов, полученных, при ускоренном охлаждении, существенно отличается от равновесных, поэтому в литых бронзах, содержащих более 8% Sn, по границам зерен образуется эвтектоид б, состоящий из смеси кристаллов твердого раствора а и электронного. соединения Cu31Sn8. Дендритная ликвация в бронзах устраняется отжигом. Отожженная бронза, содержащая до 14% Sn, состоит из однородного твердого раствора.

Бронзы обладают незначительной усадкой, не превышающей 1%, хорошей жидкотекучестью и невысокой температурой плавления. Все это делает бронзу исключительно хорошим материалом для получения отливок. В литой бронзе наличие включений твердого эвтектоида обеспечивает высокую износостойкость при низком коэффициенте трения, поэтому бронзы являются хорошими антифрикционными материалами. Помимо этого, бронзы обладают высокой химической стойкостью и поэтому широко применяются для изготовления водяной и паровой арматуры. В бронзу для удешевления вводят цинк, а для лучшей обрабатываемости - свинец, который, располагаясь в виде обособленных включений, облегчает излом стружки при обработке резанием.

Марки бронзы обозначаются буквами Бр и. другими, указывающими, как и в латунях, на наличие легирующих элементов. Например, бронза марки Бр. ОС8-12 содержит 8% олова, 12% свинца.

Бронзу марки Бр. ОС8-12 применяют для изготовления водяной и паровой арматуры используют бронзу а также для антифрикционных деталей (вкладыши подшипников, втулки).

3) Сплав 18Х2К4ВА

Инструментальная легированная твердая сталь применяется при обработке металлов резанием, изготовления пуансонов, работающих в особо тяжелых температурных условиях, или пресс-формы для литья под давлением. Содержит 18% С, 2% Сr, 4% Co, 1% W, А - высококачественная сталь.

4) Сплав 40

Сталь среднеуглеродистая качественная. Эта сталь выплавляется в основных конвертерах с продувкой кислородом, в мартеновских и электропечах и имеет механические свойства.

Эту сталь применяют после нормализации, улучшения, закалки с низким отпуском и поверхностью упрочнения с нагревом т. в. ч. для изготовления самых различных деталей во всех отраслях общего и транспортного машиностроения. Эта сталь чувствительна к росту зерна при нагреве, закаливается в воде.

5) Сплав 3Х19Н9МВ

Инструментальная легированная сталь для изготовления пуансонов, работающих в особо тяжелых температурных условиях, или пресс-формы для литья под давлением. Содержит 3% С,19% Сr, 9% М, 1% W.

6) Сплав Х6ВФ

Инструментальная легированная сталь для изготовления пресс-формы для литья под давлением. Содержит 1% С, 6% W, 1% P.

7) Сплав 38Х2МЮА

Легированная сталь высокого качества содержащая 38% С, 2% Cr, 1% M, 1% Al.

8) Сплав Л90

Латунями называются сплавы меди с цинком. Диаграмма состоянии сплавов Си - Zn показана на рис 1. Из диаграммы видно, что латуни, содержащие до 39%, имеют однофазную структуру, состоящую из кристаллов твердого раствора цинка в меди (б-фаза). В сплавах, содержащих от 39 до 47% цинка, кроме б-фазы, имеется также в-фаза. Она представляет собой твердый раствор на базе электронного соединения CuZn. При высоких температурах в-фаза имеет неупорядоченное расположение атомов в структурной решетке и, следовательно, в этом состоянии является пластичной. При понижении температуры до 453-470° С расположение атомов меди и цинка становится упорядоченным, и поэтому она при низких температурах обозначается в'. в'-фаза является твердой и хрупкой, поэтому б+в-латуни обрабатываются давлением только в горячем состоянии.

Сплавы меди с цинком, содержащие более 47% Zn, обладают повышенной хрупкостью и применяются как припой. Структуры однофазной б-латуни и двухфазной б+в'-латуни показаны на рис.2. Наличие на рис.2, а двойников указывает на то, что латунь подвергалась деформации и последующему отжигу. На рис.2, б б-фаза светлая, а в'-фаза темная часть структуры.

Рис.1 - Практическая часть диаграммы состояния сплавов медь - цинк

Рис.2 - Структура латуней: а - однофазная, б - двухфазная

Зависимость механических свойств латуни от содержания цинка показана на рис.3. При увеличении Zn до 30% растут одновременно и прочность, и пластичность. Далее пластичность уменьшается сначала за счет усложнения а-твердого раствора, а затем - в связи с появлением в структуре более хрупкой в'-фазы. Прочность возрастает до содержания цинка в сплаве, равного 45%.

Рис.3 - Влияние содержания цинка на механические свойства латуни

Латуни, содержащие только медь и цинк, называются двойными. Для повышения механических характеристик и. придания латуням специальных свойств они легируются различными элементами. Такие латуни называются сложными. Для повышения коррозионной стойкости латуней в сплав вводится олово, для улучшения механических свойств - кремний, марганец, никель и алюминий. Железо измельчает зерно, повышает температуру рекристаллизации и сообщает латуням магнитные свойства.

В зависимости от применяемых добавок в марках латуни за буквой Л ставят дополнительные буквы, обозначающие: А - алюминий; Ж - железо; К - кремний; Мц - марганец; Н - никель; С - свинец. Первые две цифры обозначают среднее содержание меди, а вес остальные, отделенные дефисом, - среднее содержание легирующих элементов.

Из двойных латуней наибольшее распространение получили латуни марок Л62 и Л68. Благодаря высокой. пластичности детали из них (стаканы, патрубки, прокладки, уплотнительные шайбы) изготовляют глубокой вытяжкой из листов и лент. Однофазные сложные латуни также обладают высокой пластичностью. Двухфазные латуни, например, ЛС59-1, содержащие 40% Zn и 1% РЬ, применяют для изготовления деталей горячей штамповкой или отливкой с последующей обработкой на станках.

На железнодорожном транспорте латунь используют как материал для вкладышей подшипников скольжения, втулок, арматуры и изготовления различных деталей в устройствах связи, СЦБ и автоматики.

2. Особенности сваривания чугуна. Как сваривается сквозная трещина в чугунной плите?

Основные трудности в таких роботах связанные с образованием в сварном соединении зоны отбеливание - структур цементита, которые возникают вследствие быстрого охлаждения расплавленного чугуна, и появлением в связи с этим в зоне термического влияния структур (мартенсита, трооститу и др.), которые получаются через быстрое охлаждение чугуна, нагретого выше точки Асс (727 °С). Чугун с такими структурами очень твердый и крохкий, его тяжело обрабатывать обычным резальным инструментом, и вдобавок он очень склонен к образованию трещин. Поэтому основной задачей при сваривании чугуна есть изготовление сварного соединения с одинаковой твердостью металла шва и переходных зон, которое не имело бы трещин и которое можно было бы механически обрабатывать.

В практике применяют много способов и приемов сваривания чугуна, которые можно поделить на трех группы: горячее, полугорячее и холодное сваривания.

Горячее сваривание выполняют с предшествующим и сопроводительным подогреванием всего изделия до 400...650 °С у горнах, печах или других устройствах, которые отапливают древесным углем, коксом и т.п. Наиболее частое сваривают ацетиленокислородным пламенем. Как присадной металл применяют чугунные стрежни диаметром 5...15 мм, которые содержат 3,0...3,5% углерода и 3,0...4,6% силиция.

При исправлении литейных дефектов в трудных толстостенных чугунных отливках или во время ремонта деталей, которые требуют наплавки значительных объемов металла, применяют также ручное или полуавтоматическое дуговое и электрошлаковое сваривания. В ручном сваривании используют чугунные электроды с покрытием, которое содержит графит, феросилиций и прочие компоненты. Полуавтоматическое сваривание выполняют самозащитным порошковым проводом или с защитой из углекислого газа. Для электрошлакового сваривания применяют пластинчатые электроды из серого чугуна. После сваривания деталь медленно охлаждают вместе с печью или засыпают сухим песком или шлаком. Горячее сваривание чугуна обеспечивает наилучшее качество сварных соединений без зон отбеливания и трещин. Наплавленный металл после сваривания легко поддается механической обработке. Этот способ применяют при сваривании важнейших деталей, которые имеют сложную форму (блоки цилиндров, станины и др.).

Полугорячее сваривание. При таком сваривании деталь нагревают только частично к температуре 250...450 °С (преимущественно в местах сваривания). Такой метод применяют для деталей небольшой толщины и при небольшом объеме наплавленного металла. Сваривают ацетиленокислородным пламенем и реже - электродуговым способом угольными электродами. Свареные детали, как и при горячем способе, засыпают сухим песком или шлаком для медленного остывания.

Холодное сваривание чугуна осуществляют без предшествующего подогревания изделия. Для этого зачастую используют дуговое сваривание стальными электродами, электродами из цветных металлов (медным, медно-железными, медно-никелевыми), порошковым проводом.

Сваривание стальными электродами применяют во время ремонта неважных деталей, которые после сваривания не требуют механической обработки. Более сложные и более важные детали (станины и рамы мощных дизелей, цилиндров газовоздуходувных машин, станины станков, корпусы электродвигателей большой мощности и т.п.) ремонтируют с установлением на резьбе по кромкам деталей стальных шпилек. Сначала кольцевидное обваривают булавки, потом короткими валиками наплавляют всю поверхность кромок и, в конце концов, заполняют весь объем, расчищенный под шов. Сваривают электродами небольшого диаметра при маленькой силе тока так, чтобы основной металл не успевал разогреваться.

Сваривание электродами из монель-металла (70% никеля, 30% миди) применяют, если нужно получить мягкий металл шва, который легко поддается механической обработке.

Медными, медно-никелевыми и железоникелевыми электродами сваривают сложные отливки из высокопрочного чугуна в основному тогда, если после сваривания нужна механическая обработка.

3. Какие пути снижения температуры при резании? Физическая суть.

1. Источника теплоты, которая выделяется. Процесс резания сопровождается значительным выделением теплоты. Почти вся механическая энергия резания превращается в тепловую.

Теплота, которая выделяется при резании, состоит из теплоты от пластических деформаций, теплоты от трения стружки об переднюю поверхность инструмента и теплоты от трения задних поверхностей инструмента об заготовку, которая обрабатывается. Тепловой баланс процесса резание определяется по уравнению

Где и количество теплоты, которая переходит соответственно в стружку, заготовку, резец и в окружающую среду. За данными многих исследований количество теплоты, которая переходит в стружку, составляет 25...84%; в резец 2...8%; остается в детали 20...50%, близко 1% излучается в окружающую среду. С увеличением скорости резание относительное количество теплоты, которая отводится стружкой, увеличивается, а той, что переходит в изделие и инструмент, - уменьшается.

2. Нагревание резального инструмента и обрабатываемых деталей. Температура нагревания инструмента может быть довольно значительной, поскольку резальная кромка постоянно находится в зоне наибольшего тепловыделения, а теплопроводность инструментальных материалов сравнительно небольшая. Температура зависит от сопротивления деформирования, теплопроводности и теплосодержания материалов заготовки и инструмента.

С увеличением прочности и твердость материала возрастает работа, которая расходуется на резание, увеличивается количество выделенной теплоты и повышается температура инструмента. В поверхностном пласте инструмента, который находится в контакте с стружкой, температура может достигать точки плавления обрабатываемого металла. Это приводит к уменьшению усилий резания, тем не менее снижает твердость и стойкость резальных инструментов, а также может произвести ухудшение точности и качества деталей.

Большое влияние на температуру резального инструмента имеет скорость резания, кое-что меньший - подача и еще меньший - глубина резания.

В нормальных условиях работы температура, которая допускается для инструмента с углеродной постоянные, не должна превышать 200...250 °С, из быстрорежущей стали - 550...600 °С, для инструмента, оснащенного твердыми сплавами, - 800...1000 °С, минерало-керамикой - 1000...1200 °С.

Значительно уменьшить температуру зоны резание можно применением смазочно-охлаждающей жидкости (МОР). МОР кроме охлаждения благодаря смазочным свойствам уменьшает трение и работу деформации.