Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Объясните механизм влияния различного типа модификаторов на строение литого металла

Модифицирование - использование специально вводимых в жидкий металл примесей (модификаторов) для получения мелкого зерна. Эти примеси, практически не изменяя химического состава сплава, вызывают при кристаллизации измельчение зерна и в итоге улучшение механических свойств. Так, например, при модифицировании магниевых сплавов зерно уменьшается с 0,2-0,3 до 0,01-0,02 мм. При литье слитков в фасонных отливках модифицирование чаще проводят введением в расплав добавок, которые образуют тугоплавкие соединения (карбиды, нитриды, оксиды), кристаллизирующиеся в первую очередь. Выделяясь в виде мельчайших частиц, эти соединения служат зародышами образующихся при затвердевании кристаллов (модификаторы I рода). В качестве модификаторов при модифицировании алюминиевых сплавов применяют Ti, V, Zr; стали - Al, V, Ti. Иногда используют растворимые в жидком металле модификаторы (модификаторы II рода), избирательно адсорбирующиеся на кристаллическом зародыше, которые снижают межфазовое поверхностное натяжение и затрудняют рост кристаллитов. Для алюминиевых сплавов в качестве модификаторов второго рода используют Li, Na, K, для стали - редкоземельные элементы.

Для измельчения структуры эвтектики и устранения избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05-0,08%) путем присадки к расплаву смеси солей 67% NaF и 33% NaCl. В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния и заэвтектический(эвтектический) сплав АЛ2 (11-13% Si) становится доэвтектическим. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы б-твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются пленкой силицида натрия Na₂Si, которая затрудняет их рост. Такие изменения структуры улучшают механические свойства.

Рисунок 1 - Диаграмма состояния Al-Si

Рисунок 2 - Механические свойства сплава Al-Si(1 - после модифицирования; 2 - до модифицирования)

2. Для каких практических целей применяется наклеп? Объясните сущность этого явления

Наклеп - изменение структуры и свойств металлического материала, вызванное пластической деформацией. Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональность, предел текучести и твердость. Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака. При поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале и повышается его усталостная прочность. Наклеп возникает при обработке металлов давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), резанием, при обкатке роликами, при специальной обработке дробью.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного пластического деформирования (ППД) или поверхностного наклепа широко используется в промышленности для повышения сопротивляемости малоцикловой и многоцикловой усталости деталей машин. На рисунке 3 приведены схемы различных ППД.

Рисунок 3 - Схемы поверхностной пластической деформации

а - дробеструйная упрочняющая обработка; б - чистовая обработка - обкатываем шаром; в - обработка дорнованием; г - центробежно-шариковая чистовая обработка; д - обработка чеканкой; е - упрочнение взрывом; ж - упрочнение виброобкатыванием; з - алмазное выглаживание

Поверхностное упрочнение достигается:

1) дробеструйным наклепом за счет кинетической энергии потока чугунной или стальной дроби; поток дроби на обрабатываемую поверхность направляется или скоростным потоком воздуха, или роторнымдробеметом (рис. 3, а);

2) центробежно-шариковым наклепом за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), расположенных на периферии вращающегося диска; при вращении диска под действием центробежной силы шарики отбрасываются к периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются в глубь гнезда;

3) накатываем стальным шариком или роликом (60 HRC) (рис. 3, б); передача нагрузки на ролик может быть с жестким и упругим контактом между инструментом и обрабатываемой поверхностью;

4) алмазным выглаживанием оправкой с впаенным в рабочей части алмазом (рис. 3, з); оно позволяет получать блестящую поверхность с малой шероховатостью.

3. Вычертите диаграмму состояния железо-углерод, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,1% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линиюAHJECF (линию солидус).

При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в б-железе (д-раствор). Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием б (д)-твердого раствора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в г-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.

При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3 % до 6,67 % углерода, при температурах, соответствующих линии CD,начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3 % образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой

ЖР_4,3Л[А_2,14+Ц_6,67].

Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.

Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических - аустенит+ледебурит, эвтектических - ледебурит и заэвтектических - цементит (первичный)+ледебурит.

Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении г-железа в б-железо и распадом аустенита.

Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавысостоят из феррита и аустенита.

Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшениярастворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.

В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой

А_0,8П[Ф_0,03+Ц_6,67].

Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.

Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точкаQ), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% - структуру феррит+цементит третичный и называются техническим железом.

Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727єС имеют структуру феррит+перлит и заэвтектоидные - перлит+цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.

В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147-727єС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линия ES). По достижении температуры 727єС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит+цементит).

Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727 єС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727єС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.

Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:

C = K + 1 - Ф,

где С - число степеней свободы системы;

К - число компонентов, образующих систему;

1 - число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);

Ф - число фаз, находящихся в равновесии.

Сплав железа с углеродом, содержащий 3,1%С, называется чугуном. Его структура при комнатной температуре Перлит + Fe₃C + Ледебурит(П+Fe₃C).

а) б)

Рисунок 4: а - диаграмма железо-цементит, б - кривая охлаждения для сплава, содержащего 3,1% углерода

4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для стали У8. Нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 25 HRC. Укажите, как этот режим называется и какая структура получается в данном случае

Изотермической обработкой, достаточной для получения твердости 25 HRC, является нормализация. Различные виды отжига обеспечивают получение твердости не более 187 HB.

Нормализацией называется нагрев доэвтектоидной стали до температуры выше А_с3, а заэвтектоидной - выше А_cm на 50 - 60 °С с последующим охлаждением на воздухе. При нормализации происходит перекристаллизация стали, устраняющая крупнозернистую структуру, полученную при литье или ковке.

После нормализации стали У8 получаем структуру феррит + перлит (структура - сорбит).

Рисунок 5 - Диаграмма изотермического превращения аустенита для стали У8

5. После закалки углеродистой стали была получена структура, состоящая из феррита и мартенсита. Проведите на диаграмме состояния железо-цементит ординату, соответствующую составу заданной стали (примерно), укажите принятую в данном случае температуру нагрева под закалку. Как называется такая обработка? Какие превращения произошли при нагреве и охлаждении стали?

Если доэвтектоидную сталь нагреть выше А_с1, но ниже А_с3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. Такая закалка называется неполной. Она обеспечивает хорошие механические свойства и штампуемость.

Неполная закалка стали Ст3 производится от температуры 800 °С. При нагреве происходит переход перлита в аустенит. Таким образом при температуре нагрева структура - аустенит+феррит. При охлаждении со скоростью выше критической происходит мартенситное превращение: гМ. В результате получаем структуру феррит+мартенсит.

Нормализация - это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше АС3, заэвтектоидных - на 40..50°С выше АСm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе



6. Для отливки ответственных зубчатых колес, шкивов и т.д. используются серые чугуны. Выберите марки чугунов, их состав, структуру и свойства. Зарисуйте микроструктуру этих чугунов.

Для отливки ответственных зубчатых колес, шкивов и т.д. используются серые чугуны марки СЧ21-40, СЧ24-44, СЧ28-48,СЧ25.

Состав: С3,2-3,4; Si 1,4-2,2 ; Mn 0,7-1 ; S до 0,15; P до 0,2.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Для обозначения компонентов структуры серого чугуна применяют условные обозначения по ГОСТ 3443-87. Так, пластичный графит в сером чугуне обозначается буквами ПГ. Формы включений графита в структуре серого чугуна могут быть:

1) Пластинчатая прямолинейная;

2) Пластинчатая завихренная;

3) Игольчатая;

4) Гнездообразная.

Свойства серого чугуна.

Серый чугун обладает хорошими литейными свойствами (жидкотекучесть, малая объемная усадка и т.п.) и применяется для приготовления отливок.

Для деталей из серого чугуна характерна малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжения при циклических нагрузках, высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем из стали), высокие антифрикционные свойства (наличие графита улучшает условия смазывания при трении). Перлитный серый чугун обладает также достаточно высокими прочностными свойствами.

Серый чугун очень хрупок из-за пластинчатой формы графитных включений, которые действуют, как многочисленные надрезы в чугуне. Значения предела прочности серого чугуна: 100 МПа для СЧ 10, 350 МПа для СЧ 35.

7. Гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания должны иметь высокую твердость и износоустойчивость поверхностного слоя 750...1000 НV. Для изготовления их выбрана сталь 38Х2МЮА. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической и химико-термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения в стали при ее термической обработке. Опишите структуру и свойства поверхностного слоя и сердцевины гильзы

Состав стали 38Х2МЮА: C 0.35 - 0.42; Si 0.2 - 0.45; Mn 0.3 - 0.6; Ni до 0.3; S до 0.025; P до 0.025; Cr 1.35 - 1.65; Mo 0.15 - 0.25; Al0.7 - 1.1; Cu до 0.3. металл аустенит сталь мартенсит

Токарная обработка, закалка + отпуск, предварительная шлифовка, азотирование 500^о - 600^о, окончательная шлифовка.

Группа: сталь жаропрочная релаксационностойкая.

Режим термической обработки стали:

Для стали 38Х2МЮА выбрана термическая обработка, состоящая из закалки с последующим высоким отпуском. Температура и продолжительность закалки: доэвтектойдные стали нагревают под закалку до температуры на 30..50 °С выше температуры АС3. Для данной стали температура нагрева под закалку составляет 920..940 °С. Исходная структура стали феррит + перлит при нагреве стали до температуры закалки (выше А3) и выдержки при этой температуры превращается в аустенит. Продолжительность выдержки при температуре аустенизации должна обеспечить прогрев детали по сечению и завершение фазовых превращений, но не более. Иначе будет происходить нежелательный рост зерна, что в последующем приведет к охрупчиванию материала.

Исходя из вышеуказанного, продолжительность прогрева детали из данного материала выбирают следующим образом: на 1мм поперечного сечения детали -- 45-75 сек в электропечах и 15-25 сек в соляной ванне (это чтобы прогреть деталь) + 15..20 % от продолжительности прогрева детали. Выбранный режим нагрева должен обеспечить полное превращение исходной феррито-перлитной структуры в аустенит. Последующее охлаждение материала произведем в масле, чтобы обеспечить скорость охлаждения больше, чем vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, т.е. в структуру закаленной стали). При скоростях охлаждения меньше vкр в углеродистой стали протекает только диффузионные процессы распада аустенита с образованием феррито-перлитной структуры различной степени дисперсности (перлит, сорбит, тростит). При высоких скоростях охлаждения (выше vкр) диффузионный распад аустенита подавляется -- аустенит претерпевает только мартенситное превращение. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fea. Как правило, при закалке не весь аустенит превращается в мартенсит, и структура закаленной стали представляет собой мартенсит и остаточный аустенит.

Образование в результате закалки мартенсита приведет к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако резко возрастает склонность материала к хрупкому разрушению, особенно при динамических нагрузках. В связи с этим проводится окончательная операция термической обработки -- высокотемпературный отпуск, при котором снимаются остаточные напряжения и обеспечиваются необходимые механические свойства материала.

Отпуск заключается в нагреве до температуры ниже АС1 , выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Режим отпуска Т=660 °С в течение 1-6 часов в зависимости от габаритов изделия. Охлаждающая среда -- масло. Структура стали после высокого отпуска -- сорбит отпуска. Высокий отпуск следует наилучшее соотношение прочности и вязкости.

Режим химико-термической обработки:

Химико-термической обработкой называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействий на металлы и сплавы для изменения химического состава структуры и свойств в поверхностных слоях. Химико-термическая обработка сводится к диффузионному насыщению поверхностного слоя стали неметаллами или металлами в процессе выдержки при определенной температуре в активной жидкой или газовой среде.

Для получения требуемых свойств проводим химико-термическую обработку -- азотирование. Азотирование -- процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя (0,3 -- 0,6 мм) стали азотом. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и др. Азотирование ведут в диссоциированном аммиаке NH3 (25 -- 60 %). На обрабатываемой поверхности происходит диссоциация NH3 с образованием ионов азота, которые адсорбируются поверхностью и диффундируют в глубь металла. Твердость азотированного слоя на железе невелика ~ 300 -- 350 НВ. Зоны ГП и обособленные выделения нитридов препятствуют движению дислокаций и тем самым повышают твердость азотированного слоя. Износостойкость азотированной стали намного выше, чем износостойкость цементированной и закаленной. В азотированном слое возникают остаточные напряжения сжатия, величина которых на поверхности составляет 600 -- 800 МПа. Это повышает предел выносливости и переносит очаг усталостного разрушения под азотированный слой. Предел выносливости гладких образцов возрастает на 30 -- 40 %, а при наличии концентраторов напряжений -- более чем на 100 %. Но вследствие небольшой толщины слоя (0,3 -- 0,6 мм), ограничивающей допустимые нагрузки, а также большой длительности процесса азотирование применяется реже, чем, например, цементация.

Влияние легирующих элементов:

Влияние легирующих элементов на механические свойства стали зависит от ее структурного состояния, которое определяется термической обработкой. После закалки и высокого отпуска (улучшения) структура представляет собой сорбит -- ферритно-карбидную смесь с зернистой формой карбидной фазы. Высокие механические свойства сорбита обусловлены влиянием легирующих элементов на прочность феррита, а также дисперсность и количество карбидной фазы. Сильное упрочняющее действие оказывают карбидообразующие элементы, которые затрудняют распад мартенсита и выделение из него углерода в виде дисперсных частиц карбидов. Карбидообразующие элементы упрочняют феррит также через карбидную фазу. Большинство легирующих элементов измельчает зерно, что способствует повышению работы развития трещины и снижению порога хладноломкости. В стали 38Х2МЮА в качестве легирующих элементов вводятся Хром (1,35..1,65%), Марганец (0,3..0,6%), Молибден (0,15..0,25%).

Обоснование выбора технологии термической обработки:

Сталь 38Х2МЮА -- среднеуглеродистая легированная. Наилучшее сочетание прочности и пластичности, что обеспечивает хорошую работу материала при динамических нагрузках, сталь приобретает после динамической обработки, состоящей из закалки и последующего высокотемпературного отпуска. Такой вид термообработки называется улучшением и обеспечивает в данной стали структуру сорбита, являющуюся носителем оптимальных эксплуатационных свойств.

Получение структуры сорбита для данной стали можно достичь и просто отжигом ее при тех же температурах, при которых материал нагревается под закалку, с последующим охлаждением на воздухе. Такой технологический процесс называется нормализацией. Однако улучшение этих сталей в отличии от нормализации обеспечивает повышенный предел текучести в сочетании с хорошей пластичностью и вязкостью, высоким сопротивлением развитию трещины, снижает порог хладноломкости.

8. Для изготовления деталей, работающих в активных коррозионных средах, выбрана сталь 08Х18Н12Т. Укажите состав и объясните причину введения легирующих элементов в эту сталь. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки и опишите микроструктуру данной стали после термической обработки

Марка: 08Х18Н12Т: содержание углерода - 0,08%, хрома - 18%, никеля - 12%, молибдена - 2%, титана - до 1 процента.

Класс: Сталь коррозионно-стойкая обыкновенная

Использование в промышленности: холоднокатаный лист и лента повышенной

прочности для различных деталей и конструкций, свариваемых точечной сваркой,

а также для изготовления труб и других деталей; сталь аустенитного класса.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	-
до 0.08	до 0.8	до 2	11 - 13	до 0.02	до 0.035	17 - 19	5(С - 0.6) Ti, остальное Fe

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали - легированными.

9. Укажите марки, состав, свойства и способ изготовления металлокерамических твердых сплавов для режущего инструмента

В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью.

Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100 °С.

Установлено что твердосплавным инструментом, имеющим в своем составе килограмм вольфрама, можно обработать 5 в раз больше материала, чем инструментом из быстрорежущей стали с тем же содержанием вольфрама.

Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п.

Производство металлокерамических твердых сплавов относится к области порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта. Из этой смеси прессуют изделия требуемой формы и затем подвергают спеканию при температуре, близкой к температуре плавления кобальта. Так изготовляют пластинки твердого сплава различных размеров и форм, которыми оснащаются резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки и др.

Пластинки твердого сплава крепят к державке или корпусу напайкой или механически при помощи винтов и прижимов. Наряд с этим в машиностроительной промышленности применяют мелкоразмерные, монолитные твердосплавные инструменты, состоящие из твердых сплавов. Их изготовляют из пластифицированных заготовок. В качестве пластификатора в порошок твердого сплава вводят парафин до 7-9 %. Из пластифицированных сплавов прессуют простые по форме заготовки, которые легко обрабатываются обычным режущим инструментом. После механической обработки заготовки спекают, а затем шлифуют и затачивают.

Из пластифицированного сплава заготовки монолитных инструментов могут быть получены путем мундштучного прессования. В этом случае спрессованные твердосплавные брикеты помещают в специальный контейнер с твердосплавным профилированным мундштуком. При продавливании через отверстие мундштука изделие принимает требуемую форму и подвергается спеканию. По такой технологии изготовляют мелкие сверла, зенкеры, развертки и т. п.Монолитный твердосплавный инструмент может также изготовляться из окончательно спеченных твердосплавных цилиндрических заготовок с последующим вышлифовыванием профиля алмазными кругами. В зависимости от химического состава металлокерамические твердые сплавы, применяемые для производства режущего инструмента, разделяются на три основные группы.

Сплавы первой группы изготовляют на основе карбидов вольфрама и кобальта. Они носят название вольфрамокобальтовых. Это сплавы группы ВК.

Ко второй группе относятся сплавы, получаемые на основе карбидов вольфрама и титана и связующего металла кобальта. Это двухкарбидные титано- вольфрамокобальтовые сплавы группы ТК. Третья группа сплавов состоит из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Это трехкарбидные титано-танталовольфрамокобальтовые сплавы группы ТТК.

К однокарбидным сплавам группы ВК относятся сплавы: ВК3, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15. Эти сплавы состоят из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплавов цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, сплав ВК8содержит в своем составе 92% карбида вольфрама и 8% кобальта.

Рассматриваемые сплавы применяются для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. При выборе марки твердого сплава учитывают содержание кобальта, которое предопределяет его прочность. Из сплавов группы ВК сплавы ВК10, ВК15, ВК8 являются наиболее вязкими и прочными, хорошо противостоят ударам и вибрациям, а сплавы ВК2, ВКЗ обладают наиболее высокой износостойкостью и твердостью при малой вязкости, слабо сопротивляются ударам и вибрациям. Сплав ВК8 применяется для черновой обработки при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, а сплав ВК2- для чистовой отделочной обработки при непрерывном, резании с равномерным сечением среза. Для получистовых работ и черновой обработки с относительно равномерным сечением срезаемого слоя применяются сплавы ВК4, ВК6. Сплавы ВК10 и ВК15 находят применение при обработке резанием специальных труднообрабатываемых сталей.

Режущие свойства и качество твердосплавного инструмента определяются не только химическим составом сплава, но и его структурой, т. е. величиной зерна. С увеличением размера зерен карбида вольфрама прочность сплава возрастает, а износостойкость уменьшается, и наоборот.

В зависимости от размеров зерен карбидной фазы сплавы могут быть мелкозернистые, у которы? не менее 50% зерен карбидных фаз имеют размер порядка 1 мкм, среднезернистые - с величиной зерна 1-2 мкм и крупнозернистые, у которы? размер зерен колеблется от 2 до 5 мкм.

Для обозначения мелкозернистой структуры в конце марки сплава ставится буква М, а для крупнозернистой структуры - буква К. Буквы ОМ указывают на особо мелкозернистую структуру сплава. Буква В после цифры указывает на то, что изделия из твердого сплава спекаются в атмосфере водорода. Твердосплавные изделия одного и того же химического состава могут иметь различную структуру.

Получены особо мелкозернистые сплавы ВК6ОМ, В10ОМ, ВК150М. Сплав ВК6ОМ дает хорошие результаты при тонкой обработке жаропрочных и нержавеющих сталей, чугунов высокой твердости, алюминиевых сплавов. Сплав ВК10ОМ предназначен червовой и получерновой, а сплав ВК15ОМ - для особо тяжелых случаев обработки нержавеющих сталей, а также сплавов вольфрама, молибдена, титана и никеля.

Мелкозернистые сплавы, такие, как сплав ВК6М, используют для чистовой обработки при тонких сечениях среза стальных, чугунных, пластмассовых и других деталей. Из пластифицированных заготовок мелкозернистых сплавов ВК6М, ВК10М, ВК15М получают цельные инструменты. Крупнозернистые сплавы ВК4В, ВК8В, более прочные, чем обычные сплавы, применяют при резании с ударами для черновой обработки жаропрочных и нержавеющих сталей с большими сечениями среза.

При обработке сталей инструментами, оснащенными вольфрамокобальтовыми сплавами, в особенности при повышенных скоростях резания, происходит быстрое образование лунки на передней поверхности, приводящее к выкрашиванию режущей кромки сравнительно быстрому износу инструмента. Для обработки стальных заготовок применяют более износостойкие твердые сплавы группы ТК.

Сплавы группы ТК (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12) состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплава цифра после буквы К показывает процентное содержание кобальта, а после буквы Т - процентное содержание карбидов титана. Буква В в конце марки обозначает, что сплав имеет крупнозернистую структуру.

Сплавы группы ТТК состоят из зерен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. К сплавам группы ТТК относятся ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ20К9. Сплав ТТ7К12 содержит 12% кобальта, 3% карбида тантала, 4% карбида титана и 81% карбида вольфрама. - В в е д е н и е - в состав сплава карбидов тантала значительно повышает его прочность, но снижает красностойкость.

Сплав ТТ7К12 рекомендуется для тяжелых условий при обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных летированных сталей. Сплав ТТ8К6 применяют для чистовой и получистовой обработки чугуна, для непрерывной обработки с малыми сечениями среза стального литья, высокопрочных нержавеющих сталей, сплавов цветных металлов, некоторы? марок титановых сплавов.

Все марки твердых сплавов разбиты по международной классификации (ИСО) на группы: К, М и Р. Сплавы группы К предназначены для обработки чугуна и цветных металлов, дающих стружку надлома. Сплавы группы М - для труднообрабатываемых материалов, сплавы группы Р - для обработки сталей.

С целью экономии дефицитного вольфрама разрабатываются безвольфрамовые металлокерамические твердые сплавы на основе карбидов,а также карбидонитридов переходных металлов, в первую очередь титана, ванадия, ниобия, тантала. Эти сплавы изготовляют на никелемолибденовой связке. Полученные твердые сплавы на основе карбидов по своим характеристикам примерно равноценны стандартным сплавам группы ТК.В настоящее время промышленностью освоены безвольфрамовые сплавы ТН-20, ТМ-3,КНТ-16 и др. Эти сплавы обладают высокой окалиностойкостью, низким коэффициентом трения, меньшим по сравнению с вольфрамсодержащими сплавами удельным весом, но имеют, как правило, более низкую прочность, склонность к разрушению при повышенных температурах. Изучение физико-механических и эксплуатационных свойств безвольфрамовых твердых сплавов показало, что они успешно могут быть использованы для чистовой и получистовой обработки конструкционных сталей и цветных сплавов, но значительно уступают сплавам группы ВК при обработке титановых и нержавеющих сталей.

Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик твердых сплавов является нанесение на режущую часть инструмента тонких износостойких покрытий на основе нитрида титана, карбида титана, нитрида молибдена, окиси алюминия. Толщина наносимого слоя покрытия колеблется от 0,005 до 0,2 мм. Опыты показывают, что тонкие износостойкие покрытия приводят к значительному росту стойкости инструмента.

10. Опишите способы переработки пластмасс в изделия в зависимости от вида наполнителя и природы связующего

Переработка пластмасс в изделия осуществляется одним из следующих способов: экструзией, литьем под давлением, формованием в прессформах, формованием в штампах, вакуумным и пневматическим формованием, сваркой, склейкой, механической обработкой.

На выбор способа оказывает влияние вид пластмасс (термореактивные или термопластичные), конфигурация и геометрические размеры изделия, вязкость или текучесть пластмассы и т. д.

Экструзией (формование выдавливанием) получают изделия из термопластов в виде бесконечных труб, стержней, лент и т. п. на червячных прессах (экструдеpax).

Исходные материалы, загружаемые в пресс через бункер, нагреваются с помощью вмонтированных в пресс водяных, паровых или электрических нагревателей, перемешиваются и нагнетаются шнеком в формообразующий мундштук. Выходящее из пресса изделие охлаждается воздухом или водой и разрезается на части нужной длины.

Литье под давлением -- способ формования изделий из термопластов в вязко-текучем состоянии в литьевых машинах. Исходный материал из бункера через дозатор поступает определенными порциями в обогреваемый цилиндр машины. Разогретый до вязко-текучего состояния материал подается поршнем или шнеком через сопло цилиндра в прессформу, заполняет ее полость и выдерживается в ней в течение некоторого времени (1--2 минуты) для фиксации формы изделия. Затем прессформа раскрывается и из нее извлекается готовое изделие.

Формование в прессформах -- наиболее широко распространенный способ изготовления изделий из термореактивных пластмасс. Прессование производится на гидравлических прессах под давлением 10--25 МН/м² (100--250 кгс/см²). Прессматериал поступает в нагретую до 130--200⁰С прессформу. Под действием температуры и давления прессматериал размягчается и заполняет всю полость прессформы, которая через некоторое время, достаточное для отверждения материала, раскрывается, и изделие выталкивается.

Формование в штампах применяется для изготовления изделий незамкнутого контура (стекла кабин, обтекателей, козырьков и др.) из листовых термопластов (винипласта, органического стекла, полиэтилена). При формовке детали выдерживают в штампах под определенным давлением до температуры 40--45°С. Затем отформованное изделие охлаждается в штампе для фиксации полученной им конфигурации. Для получения поверхности лучшего качества применяют штампы, изготовленные из дерева или песчано-клеевой массы, а рабочие поверхности пуансона и матрицы оклеивают замшей или байкой.

Вакуумное и пневматическое формование используется для изготовления деталей сложной пространственной формы (колпаков и деталей для оптики и светотехники) из листового термопласта (органического стекла) с достаточно высокими оптическими свойствами так как во время формования предварительно подогретый материал не скользит по оформляющей поверхности `штампа. Роль пуансона или матрицы выполняет упругая среда -- атмосферное давление или сжатый воздух. Вакуумное и пневматическое формование применяется также при изготовлении крупногабаритных изделий и из некоторых термореактивных пластмасс с высокопрочными наполнителями (стеклянным волокном, стеклянной тканью).

Сварка как -- метод обработки пластмасс применяется для соединения деталей из термопластов контактным методом с присадочным материалом или без него.

Термопласты, имеющие ограниченную пластичность при нагревании (винипласт, фторопласты и др.) свариваются с применением присадочного материала в виде прутков или пасты. Реактопласты (например, стеклопластики) свариваются с присадочным материалом ТВЧ и без него или ультразвуком.

Присадочные материалы в виде прутков, подогретые горячим воздухом, а присадочные пасты в холодном состоянии плотно укладываются в паз между соединяемыми деталями. После этого детали прижимают друг к другу и прогревают.

Без присадочного материала свариваются термопласты, приобретающие высокую пластичность в нагретом состоянии (полиэтилен, полиамиды и др.). В этом случае свариваемые поверхности, тщательно пригнанные, прижимают друг к другу под давлением 0,2---0,3 МН/м² (2--3 кгс/см²) и прогревают токами высокой частоты, ультразвуком или другим способом. Взаимная диффузия макромолекул приводит к соединению свариваемых поверхностей с прочностью, равной прочности основного материала.

Склеивание является одним из способов соединения пластмасс между собой, а также с металлом и другими материалами. Клеевое соединение прочнее, надежнее и экономичнее соединений на заклепках. Органическое стекло также хорошо склеивается 3%-ным раствором полиметилметакрилата в дихлорэтане, однако склеенная им поверхность становится матовой, что является существенным недостатком. Прочность клеевого соединения зависит от правильного подбора клея, качества подготовки склеиваемых поверхностей, толщины клеевой пленки, точности соблюдения режимов склеивания, конструкции соединения.

Список литературы

1. Материаловедение. Учебник для высших учебных заведений Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин. 1976 г. Доп. М.: Машиностроение 1986.

2. Материаловедение (методы анализа, задачи, лабораторные работы) А. Ю. Геллер, А. Г. Рахштадт.

3. Материаловедение Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева.

4. Металловедение и термическая обработка металлов Ю. М. Лахтин М.1983г.

5. Металловедение, учебник для вузов А. П. Гуляев.

6. Материаловедение Р. Л. Мозберг. 1991 г.

Размещено на Allbest.ru