Технология выплавки чугуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция № 4. Технология выплавки чугуна

1. Понятия о механических свойствах

2. Методы испытания механических свойств

механический выплавка чугун

1) Понятия о механических свойствах

Если специально приготовленный образец подвергнуть растяжению на машине и записать на диаграммной ленте все изменения, которые будут происходить с ним, то получим кривую, которая называется кривой растяжения.

В первоначальный момент образец растягивается без деформации, т.е. в упругой области. Это имеет место при напряжении пц. При растяжении большем пц. Пропорциональность степени напряжения и деформации нарушается.

пц - получила название предел пропорциональности, который равен:

пц=Рпц/Fо, Мпа

При деформации металла, в процессе повышения нагрузки, на кривой растяжения может появиться площадка, нагрузка при которой металл деформируется без приложенных дополнительных усилий, называется пределом текучести (физический):

т=Рт./F о, МПа

Деформированием сплавов, у которых отсутствует площадка текучести вводят характеристику, называемую условным пределом текучести.

02 - это усилие, которое вызывает остаточную деформацию 0,2%;

в - предел прочности на растяжение - это максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца.

Помимо характеристик прочности из кривой растяжения можно выделить характеристики пластичности:

- относительное удлинение;

- относительное сужение.

К характеристикам прочности материалов относятся также и твердость. Под твердостью понимается сопротивление материалов проникновению в него посторонних тел (индентора).

Из наиболее распространенных методов измерения твердости металлических материалов можно выделить метод измерения твердости по Бренеллю, по Роксвеллу и по Виккерсу. В случае если необходимо измерить твердость отдельных структурных составляющих, применяют метод измерения микро-твердости.

Твердость по Бренеллю измеряют на прессе Бренелля. В качестве индентора применяют шарик 5-10 мм. К индентору прилагается нагрузка. После снятия нагрузки в месте вдавливания появляется лунка. С помощью лунки измеряют диаметр лунки и затем по соответствующим таблицам переходят от диаметра к числу твердости. Твердость по Бренеллю обозначается НВ. Этот метод измерения твердости используется для измерения твердости сравнительно мягких металлов.

Измерение твердости по Роксвеллу проводят на приборе - твердометр Роксвелла. В качестве индентора используют шарик или алмазную пирамиду. Нагрузка на индентор 60,100 и 150 кг. В случае приложения 60 и 150 кг индентором служит алмазная пирамида, при 100 кг - шарик. Обозначение твердости по Роксвеллу если индентор 60 кг - HRA, 100 кг - HRB, 150 - HRCэ.

Твердость по Виккерсу определяется на приборе Виккерса. В качестве индентора используют алмазную пирамидку. Нагрузка на индентор измеряется в граммах. Твердость определяется на специально приготовленных образцах микрошлиф.

После вдавливания и снятия нагрузки с индентора в микрошлифе остается лунка. С помощью линейку, встроенной в окуляр прибора и затем с помощью специальных таблиц переходят от диагонали отпечатки к числу твердости по Виккерсу HV.

Если необходимо измерить твердость отдельных структурных составляющих, используют метод измерения микро-твердости на ПМТ-приборах.

В качестве индентора также используют алмазную пирамидку. Нагрузка на индентор измеряется в граммах. Твердость определяют на микрошлифах. При увеличении в 400 раз на микрошлифах находят ту структурную составляющую, твердость которой необходимо определить. Под действием нагрузки индентор вдавливается в эту структурную составляющую и оставляет в ней отпечаток. После снятия нагрузки проводят измерение диагонали отпечатка и затем по таблицам переходят к числу твердости.

Ударная вязкость является динамической характеристикой. Образец помещается в крепление и с определенной высоты на него падает маятник, работа тратиться на разрушение образца; ударная вязкость обозначается КСU или КС. Обозначение зависит от формы образца, если образец с подрезом (U-образным), то принимается первое обозначение, если без надреза - второе. С надрезом изготавливаются образцы сравнительно вязких материалов, без надреза - хрупких материалов.

Механические свойства чугуна: сопротивление разрыву, изгибу, кручению, обусловлены количеством и формой графита. Предел прочности при сжатии и твердость чугуна зависят от строения металлической основы. Наличие структурно свободного графита обеспечивает хорошую обработку со снятием стружки. Антифрикционные свойства чугуна, например, подшипников лучше, чем стали. Необходимые свойства получаются благодаря тому, что средства смазки вымывают графит, и могут образовываться накопления смазочного материала. К антифрикционным чугунам принадлежат марки: АЧС, АЧК, АЧВ. ГОСТ 1585 - 85. Такие чугуны при плавке легируют никелем, хромом, титаном, алюминием, свинцом и магнием не более 0.5 %. Легированные сорта чугуна обладают стойкостью против морской воды и обладают хорошей устойчивостью против многих кислот и щелочей. ГОСТ 7769-82. По химическому составу различают несколько групп легированных чугунов: хромистые (ЧХ16М2), кремнистые (ЧС15М4), алюминиевые (ЧЮ6С5), марганцевые (ЧГ7Х4) и никелевые (ЧНХТ), а по условиям эксплуатации: жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, коррозионностойкие и немагнитные. При этом один и тот же легирующий элемент придает чугуну несколько специальных свойств.

2) Методы испытания механических свойств

Механические свойства металлов определяют при испытании образцов или готовых изделий на специальных машинах.

В результате испытания образцов на специальных машинах получают числовые значения механических свойств, то есть значение напряжений и деформации, при которых происходят изменения физического состояния материала.

В зависимости от условий нагружения образцов механические испытания могут быть статистическими, при которых нагружение производится плавно, динамическими, при которых нагрузка на образец прикладывается мгновенно.

К статистическим испытаниям относят испытание на растяжение, сжатие, определение твёрдости; к динамическим - испытание на ударный изгиб.

Рассмотрим некоторые из этих видов испытаний.

1. Твёрдость

В зависимости от применяемого метода твёрдость определяют по Бринелю (НВ), Роквеллу (HRC, HRA, HRB), Виккерсу (HV). Более подробно рассмотрим эти методы на лабораторной работе.

2. Испытание на растяжение (ГОСТ 1497)

Для этого вида испытания изготавливаются стандартные образцы (круглого и прямоугольного сечения).

Рисунок 1. Образцы для испытаний на растяжение:

l - расчетная длина, мм; d0 - диаметр, начальный, мм.

При испытании образец растягивается на специальной машине до момента его разрыва. При этом вычерчивается диаграмма растяжения образца (P- нагрузка; Дl - абсолютное удлинение образца) (рис. 2).

На диаграмме отмечаются характерные участки и точки.

Прочностные характеристики:

На участке (О-А) удлинение образца увеличивается прямопропорционально нагрузке Р. В точке А (Рпц) предел пропорциональности:

[МПа] (Н/мм2).

Рисунок 2. Диаграмма растяжения образца

F0 - начальная площадь поперечного сечения образца, мм2.

Предел упругости (определяется в точке В) называют такое напряжение, при котором остаточное удлинение получается равным 0,05% первоначальной расчетной длины образца:

(МПа).

Выше точки В (Руп) кривая диаграммы переходит плавно в горизонтальный участок, при этом образец удлиняется без увеличения нагрузки (металл течет).

Пределом текучести Т (0,2) называют наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки: (определяется в т. С):

(МПа).

Т - физический предел текучести;

условный предел текучести - напряжение, при котором остаточное удлинение образца равно 0,2% расчетной длины.

За площадкой текучести нагрузка снова растет до некоторой мах величины Рв, после которой на образце начинается местное сужение (образование шейки).

Пределом прочности (временное сопротивление) называют напряжение, соответствующее мах нагрузке РВ предшествующей разрушению образца:

(МПа).

Разрыв образца происходит в точке Е (Рк). Истинное сопротивление разрыву:

(МПа).

Характеристики пластичности:

Относительное удлинение - отношение приращения длины образца после разрыва к его расчетной длине (%):

Относительное сужение - отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади поперечного сечения (%):

F0 - начальная площадь поперечного сечения образца;

Fk - конечная площадь поперечного сечения образца.

Модуль упругости.

Тангенс угла наклона прямой ОА к оси абсцисс характеризует модуль упругости материала E = / ( - относительная деформация). Модуль упругости E определяет жесткость материала, интенсивность увеличения напряжения по мере упругой деформации.

Физический смысл модуля упругости сводится к тому, что он характеризует сопротивляемость металла упругой деформации, то есть смещению атомов из положения равновесия в решетке.

Модуль упругости лишь весьма незначительно зависит от структуры металла и определяется силами межатомной связи. Все другие механические свойства являются структурно чувствительными и изменяются в зависимости от структуры (обработки) в широких приделах.

3. Испытание на удар (ГОСТ 9454)

Эти испытания позволяют определить способность металла противодействовать динамическим нагрузкам, выявить склонность металла к хрупкому разрушению при различных температурах.

Применяются стандартные квадратные или прямоугольные образцы с надрезом (концентратором) посередине (рис. 3).

Типы надрезов:

1) U - R1; 11) V - R0,25; T) трещина

Испытание проводится на маятниковом копре (рис. 4).

K1=Ph1 - потенциальная энергия в исходном состоянии (Р - приведенный вес маятника)

K2=Ph2 - потенциальная энергия (после разрушения)

Рисунок 3. Образцы для испытания на удар (с различными типами надрезов)

Работа удара К - разница между потенциальными энергиями в исходном и конечном положениях: К = К1 - К2

Рисунок 4. Схема маятникового копра

Ударная вязкость (КС (ан)) определяется работой (К (Ан)), необходимой для излома образца, отнесенной к рабочей площади поперечного сечения образца F в месте надреза:

при надрезе - U

[Дж/м2] или [кгс м/см2]

Для пластичных металлов: КС > 5 - 7 кгс м/см2 ;

для хрупких металлов: КС < 1 - 2 кгс м/см2 .

Испытывая образцы при разных температурах, определяют порог хладноломкости, что позволяет определить температурный интервал перехода от пластического разрушения к хрупкому.

Для чистых металлов характерен резкий переход от вязкого к хрупкому разрушению (рис. 5).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.

У сплавов широкий интервал перехода от вязкого к хрупкому разрушению (рис. 6). Имеется верхний порог хладноломкости TП.Х. и нижний порог хладноломкости TП.Х.

За порог хладноломкости обычно принимается температура, при которой в изломе имеется 50 % волокна (t50).

Порог хладноломкости сильно зависит от структуры, условий испытаний, наличия концентратов напряжений, размеров деталей и так далие.

Рекомендуется не применять материалы при температурах ниже порога хладноломкости.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6.

Живучесть - это способность металла работать в пвреждённом состоянии после образования трещин.

Выносливость* - свойство металлов сопротивляться усталости (усталость - образование трещин и разрушение, в результате действия циклических нагрузок). (*Выносливость - способность материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно переменных нагрузок.)

Износостойкость - свойство материала оказывать сопротивление изнашиваию.

Виды изнашивания: механическое, коррозионо-механическое, эрозионное (поток житкости, газа), кавитационное (гребни, венты, трубопроводы), усталостное.

О прочности конструкции нельзя судить только по результатам испытания образцов, так как они не отражают того многообразия воздействий, которым подвергается металл в процессе изготовления деталей и их дальнейшей работы в машинах.

Критериями оценки прочности конструкции в целом являются стендовые, натурные и эксплутаационные испытания.

При таких испытаниях внедряются влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина остаточных напряжений, дефектов сварных швов и других дефектов технологии изготовления и конструктирования металлоизделий.

Размещено на Allbest.ru