Файл: Отчет по практическим работам 16 по дисциплине Материаловедение и технология конструкционных материалов.docx
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 123
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
состоят из тонко измельченных карбидов тугоплавких металлов (вольфрам, титан, тантал), соединенных связкой – кобальтом. Благодаря наличию карбидов тугоплавких металлов сплавы имеют высокую температуростойкость, твердость и износостойкость.
В группу вольфрамовых твердых сплавов входят: ВК3; ВК3М; ВК4; ВК6 ОМ; ВК6М; ВК8; ВК10 0М; ВК10М; ВК15 (В - карбид вольфрама, К - кобальт, число после «К» - процентное содержание кобальта, остальное - карбиды вольфрама, М – мелкозернистый, ОМ - особомелкозернистый). По сравнению с другими вольфрамосодержащими твердыми сплавами они характеризуются наибольшими: пределом прочности на изгиб и вязкостью; но наименьшими: температуростойкостью и твердостью.
В группу вольфрамо-титановых твердых сплавов входят: Т30К4; Т15К6; Т14К8; Т5К10; Т5К12 (Т – карбид титана, число после «Т» - процентное содержание карбида титана, К – кобальт, число после «К» - процентное содержание кобальта, остальное - карбиды вольфрама). Эти сплавы характеризуются наибольшими: твердостью, температуростойкостью и износостойкостью; но менее прочны, чем сплавы группы «ВК».
В группу безвольфрамовых твердых сплавов входят: КНТ-16 и ТН-20 (Т-карбид титана, Н-никель, КН - карбонитрид титана, число – суммарное процентное содержание никеля и молибдена, остальное – карбид титана или карбонитрид титана).
Минералокерамика – инструментальный материал на основе окиси алюминия, обладающий большими, чем у твердых сплавов, твердостью и температуростойкостью, но меньшей ударной вязкостью.
Жаропрочные стали
Жаропрочность – способность материала длительное время сопротивляться деформированию и разрушению под действием приложенных сил при высоких (более 0,3 Тпл) температурах. Для обеспечения жаропрочности необходимо замедлить диффузию, ограничить подвижность дислокаций.
Ползучесть - медленное нарастание пластической деформации под действием напряжений, меньших предела текучести.
Предел ползучести – это напряжение, под действием которого материал деформируется на определенную величину за определенное время при заданной температуре.
Предел длительной прочности – это напряжение, вызывающее разрушение материала при заданной температуре за определенное время.
Жаростойкость - способность материалов сопротивляться газовой коррозии (не окисляться) при высокой температуре в течение длительного времени. Для повышения жаростойкости в сталь вводят хром
, алюминий или кремний, которые, находясь в твердом растворе, образуют на поверхности стали защитные пленки оксидов.
Для деталей различных высокотемпературных установок, печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные (12Х17, 15Х25 и др.) и аустенитные (20Х23Н13, 12Х25Н16Г7А, 36Х18Н25С2 и др.) стали, обладающие еще и жаропрочностью.
Жаропрочные стали перлитного класса (12Х1МФ, 15Х11МФ) предназначены для работы при температурах до 580 оС. Различают две группы мартенситных сталей: стали с содержанием 10…12 хрома, добавками Mo, V, Nb, W и низким (0,10…0,15 %) содержанием углерода и стали с повышенным содержанием углерода (до 0,4 %), хромом (5…10 %) и кремнием (2…3 %) – сильхромы.
Мартенситные стали первой группы (40X10C2M, 15X5M) предназначены для изделий, работающих при 450…600 оС в атмосфере пара, топочных газов. Из мартенситных сталей изготовляют диски, лопатки, бандажи и крепежные детали паровых турбин.
Стали второй группы (сильхромы) обладают высокой жаростойкостью в среде горячих выхлопных газов и используются для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания. Износостойкие стали
Износостойкость – это способность материала оказывать сопротивление изнашиванию (процессу постепенного разрушения поверхностных слоев материала путем отделения его частиц под влиянием сил трения).
Подшипниковые стали применяются для изготовления подшипников качения, храповых механизмов, пальцев различных машин. Основным легирующим элементом шарикоподшипниковых сталей является хром, приблизительное содержание которого (в десятых долях процента) указывается числом, следующим за буквами «ШХ» в марке стали.
Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15 (0,95…1,05 % С, 1,3…1,65 % Cr), а для больших сечений – хромомарганцевокремнистую сталь ШХ15СГ (0,95…1,05 % С, 1,2…1,5 % Cr, 0,4…0,65 % Si, ,3…1,65 % Mn).
Антифрикционные сплавы
Антифрикционность - способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали.
Антифрикционные сплавы предназначены для заливки подшипников скольжения, которые обладают бесшумностью работы и устойчивостью к вибрациям.
Металлические материалы для подшипников скольжения по своей структуре подразделяются на две группы: сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями и сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями. К первой группе относятся баббиты (основа олово или свинец), а также бронзы и латуни. Баббиты представляют собой антифрикционные материалы на основе олова или свинца.
К антифрикционным сплавам относятся свинцово-оловянный баббит БН и кальциевый баббит БК2.
Б88 – марка оловянистого баббита. Число 88 обозначает среднее содержание основного компонента (олова) в процентах.
Медь вводят в состав оловянистых баббитов с целью устранения ликвации по плотности.
К сплавам второй группы относятся: свинцовистая бронза (БрС30 - наплавка на стальную ленту), алюминиевые сплавы с оловом (АО9-2 - монометаллические вкладыши). Эти сплавы имеют высокую теплопроводность, что позволяет применять их при больших скоростях скольжения. К сплавам этой группы относятся и серые чугуны. Роль мягкой составляющей в чугунах играет графит.
Практическое занятие № 3. Основы литейного производства
Литейное производство - отрасль машиностроения, изготавливающая заготовки или детали (отливки) заливкой расплавленного металла (расплава) заданного химического состава в полость литейной формы, имеющей конфигурацию отливки.
Жидкий металл заливают в разовые формы (после изготовления отливки их разрушают) и многократные (в одной форме можно получить от десятка до нескольких десятков тысяч отливок).
Литейные материалы (металлические сплавы, пластмассы, резина, керамика) должны обладать высокими литейными (технологическими), механическими и эксплуатационными свойствами.
Литейные свойства сплавов
При проектировании любой детали в первую очередь учитываются механические свойства сплава. При конструировании литой детали и разработке технологии процесса литья дополнительно необходимо учитывать литейные свойства сплава, которые определяют возможность получения качественной отливки, т.е. отливки, отвечающей заданным требованиям.
Рисунок 3.1 - Схема процесса литья в разовые разъемные формы: а – принципиальная схема; б – отливка после выбивки; 1, 2 – нижняя и верхняя опоки; 3 – форма; 4 – полость формы; 5 – выпор; 6 – литейный стержень; 7 – вентиляционный канал; 8 – вертикальный канал (стояк); 9 - литниковая чаша (воронка); 10 - расплавленный металл; 11 - ковш; 12 – шлакоуловитель; 13 - горизонтальные каналы (питатели)
Наиболее важные литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации и поглощению газов.
Жидкотекучесть - это способность жидких металлов и сплавов течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить рельеф отливки. Жидкотекучесть сплава зависит от его физико-химических свойств (прежде всего - температуры ликвидус) и технологических факторов, прежде всего - температуры заливки.
Усадка - это свойство литейных сплавов уменьшаться в объеме и линейных размерах при затвердевании и охлаждении. Линейная усадка - это уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры заливки до температуры окружающей среды. Объемная усадка приводит к образованию в отливках усадочных раковин, усадочной пористости, трещин и короблений. В результате усадки появляются пустоты.
Литейная оснастка
Литейная форма – это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой жидким металлом формируется отливка. Основные требования, предъявляемые к литейным формам, следующие:
Литейный стержень – элемент литейной формы, предназначенный для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке.
Литниковая система – система каналов и устройств для подвода в определенном режиме жидкого металла к полости литейной формы, отделения неметаллических включений и обеспечения питания отливки при затвердевании.
Для изготовления разовых форм применяются литейные модели, обеспечивающие образование в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Чтобы получить отливку заданных размеров и качества, наружные размеры модели увеличивают на величину припусков на обработку резанием и линейную усадку, предусматривают скругления углов (галтели), формовочные уклоны и пр.
1 – плоскость разъема формы; 2, 3 – литейные уклоны и радиусы; 4 – знаки; 5, 8 – верхняя и нижняя полумодели; 6, 7 – базирующие элементы; 9 – стержень; в-н – направление «верх» и «низ» по отношению к плоскости разъема полуформ
Рисунок 3.2 - Эскизы детали и модели
Общая технология литья
Технология литья представляет собой совокупность большого количества отдельных процессов литейного производства, которые можно объединить в четыре этапа
1. Технологическая подготовка процесса изготовления отливки. На основании конструкторской (чертеж детали, технические требования, условия работы детали в узле) и технологической документации (величина партии, технологический маршрут обработки) осуществляется: выбор способа литья, разработка чертежа отливки, проектирование технологической оснастки (модель, стержни, литейная форма) разработка технологии, включая определение последовательности и технологических параметров отдельных процессов, операций и переходов.
2. Изготовление формы. На основании разработанных чертежей изготавливаются модель, стержни, необходимая технологическая оснастка. При литье в неметаллические формы наиболее ответственным и трудоемким процессом является формовка - изготовление литейных форм и стержней из формовочных и стержневых смесей.
В группу вольфрамовых твердых сплавов входят: ВК3; ВК3М; ВК4; ВК6 ОМ; ВК6М; ВК8; ВК10 0М; ВК10М; ВК15 (В - карбид вольфрама, К - кобальт, число после «К» - процентное содержание кобальта, остальное - карбиды вольфрама, М – мелкозернистый, ОМ - особомелкозернистый). По сравнению с другими вольфрамосодержащими твердыми сплавами они характеризуются наибольшими: пределом прочности на изгиб и вязкостью; но наименьшими: температуростойкостью и твердостью.
В группу вольфрамо-титановых твердых сплавов входят: Т30К4; Т15К6; Т14К8; Т5К10; Т5К12 (Т – карбид титана, число после «Т» - процентное содержание карбида титана, К – кобальт, число после «К» - процентное содержание кобальта, остальное - карбиды вольфрама). Эти сплавы характеризуются наибольшими: твердостью, температуростойкостью и износостойкостью; но менее прочны, чем сплавы группы «ВК».
В группу безвольфрамовых твердых сплавов входят: КНТ-16 и ТН-20 (Т-карбид титана, Н-никель, КН - карбонитрид титана, число – суммарное процентное содержание никеля и молибдена, остальное – карбид титана или карбонитрид титана).
Минералокерамика – инструментальный материал на основе окиси алюминия, обладающий большими, чем у твердых сплавов, твердостью и температуростойкостью, но меньшей ударной вязкостью.
Жаропрочные стали
Жаропрочность – способность материала длительное время сопротивляться деформированию и разрушению под действием приложенных сил при высоких (более 0,3 Тпл) температурах. Для обеспечения жаропрочности необходимо замедлить диффузию, ограничить подвижность дислокаций.
Ползучесть - медленное нарастание пластической деформации под действием напряжений, меньших предела текучести.
Предел ползучести – это напряжение, под действием которого материал деформируется на определенную величину за определенное время при заданной температуре.
Предел длительной прочности – это напряжение, вызывающее разрушение материала при заданной температуре за определенное время.
Жаростойкость - способность материалов сопротивляться газовой коррозии (не окисляться) при высокой температуре в течение длительного времени. Для повышения жаростойкости в сталь вводят хром
, алюминий или кремний, которые, находясь в твердом растворе, образуют на поверхности стали защитные пленки оксидов.
Для деталей различных высокотемпературных установок, печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные (12Х17, 15Х25 и др.) и аустенитные (20Х23Н13, 12Х25Н16Г7А, 36Х18Н25С2 и др.) стали, обладающие еще и жаропрочностью.
Жаропрочные стали перлитного класса (12Х1МФ, 15Х11МФ) предназначены для работы при температурах до 580 оС. Различают две группы мартенситных сталей: стали с содержанием 10…12 хрома, добавками Mo, V, Nb, W и низким (0,10…0,15 %) содержанием углерода и стали с повышенным содержанием углерода (до 0,4 %), хромом (5…10 %) и кремнием (2…3 %) – сильхромы.
Мартенситные стали первой группы (40X10C2M, 15X5M) предназначены для изделий, работающих при 450…600 оС в атмосфере пара, топочных газов. Из мартенситных сталей изготовляют диски, лопатки, бандажи и крепежные детали паровых турбин.
Стали второй группы (сильхромы) обладают высокой жаростойкостью в среде горячих выхлопных газов и используются для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания. Износостойкие стали
Износостойкость – это способность материала оказывать сопротивление изнашиванию (процессу постепенного разрушения поверхностных слоев материала путем отделения его частиц под влиянием сил трения).
Подшипниковые стали применяются для изготовления подшипников качения, храповых механизмов, пальцев различных машин. Основным легирующим элементом шарикоподшипниковых сталей является хром, приблизительное содержание которого (в десятых долях процента) указывается числом, следующим за буквами «ШХ» в марке стали.
Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15 (0,95…1,05 % С, 1,3…1,65 % Cr), а для больших сечений – хромомарганцевокремнистую сталь ШХ15СГ (0,95…1,05 % С, 1,2…1,5 % Cr, 0,4…0,65 % Si, ,3…1,65 % Mn).
Антифрикционные сплавы
Антифрикционность - способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали.
Антифрикционные сплавы предназначены для заливки подшипников скольжения, которые обладают бесшумностью работы и устойчивостью к вибрациям.
Металлические материалы для подшипников скольжения по своей структуре подразделяются на две группы: сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями и сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями. К первой группе относятся баббиты (основа олово или свинец), а также бронзы и латуни. Баббиты представляют собой антифрикционные материалы на основе олова или свинца.
К антифрикционным сплавам относятся свинцово-оловянный баббит БН и кальциевый баббит БК2.
Б88 – марка оловянистого баббита. Число 88 обозначает среднее содержание основного компонента (олова) в процентах.
Медь вводят в состав оловянистых баббитов с целью устранения ликвации по плотности.
К сплавам второй группы относятся: свинцовистая бронза (БрС30 - наплавка на стальную ленту), алюминиевые сплавы с оловом (АО9-2 - монометаллические вкладыши). Эти сплавы имеют высокую теплопроводность, что позволяет применять их при больших скоростях скольжения. К сплавам этой группы относятся и серые чугуны. Роль мягкой составляющей в чугунах играет графит.
Практическое занятие № 3. Основы литейного производства
Литейное производство - отрасль машиностроения, изготавливающая заготовки или детали (отливки) заливкой расплавленного металла (расплава) заданного химического состава в полость литейной формы, имеющей конфигурацию отливки.
Жидкий металл заливают в разовые формы (после изготовления отливки их разрушают) и многократные (в одной форме можно получить от десятка до нескольких десятков тысяч отливок).
Литейные материалы (металлические сплавы, пластмассы, резина, керамика) должны обладать высокими литейными (технологическими), механическими и эксплуатационными свойствами.
Литейные свойства сплавов
При проектировании любой детали в первую очередь учитываются механические свойства сплава. При конструировании литой детали и разработке технологии процесса литья дополнительно необходимо учитывать литейные свойства сплава, которые определяют возможность получения качественной отливки, т.е. отливки, отвечающей заданным требованиям.
Рисунок 3.1 - Схема процесса литья в разовые разъемные формы: а – принципиальная схема; б – отливка после выбивки; 1, 2 – нижняя и верхняя опоки; 3 – форма; 4 – полость формы; 5 – выпор; 6 – литейный стержень; 7 – вентиляционный канал; 8 – вертикальный канал (стояк); 9 - литниковая чаша (воронка); 10 - расплавленный металл; 11 - ковш; 12 – шлакоуловитель; 13 - горизонтальные каналы (питатели)
Наиболее важные литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации и поглощению газов.
Жидкотекучесть - это способность жидких металлов и сплавов течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить рельеф отливки. Жидкотекучесть сплава зависит от его физико-химических свойств (прежде всего - температуры ликвидус) и технологических факторов, прежде всего - температуры заливки.
Усадка - это свойство литейных сплавов уменьшаться в объеме и линейных размерах при затвердевании и охлаждении. Линейная усадка - это уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры заливки до температуры окружающей среды. Объемная усадка приводит к образованию в отливках усадочных раковин, усадочной пористости, трещин и короблений. В результате усадки появляются пустоты.
Литейная оснастка
Литейная форма – это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой жидким металлом формируется отливка. Основные требования, предъявляемые к литейным формам, следующие:
-
прочность - чтобы под действием напора расплава форма не только не разрушилась, но и не изменила размеры; -
газопроницаемость - чтобы газы, находящиеся как в полости формы, так и в расплаве, могли удаляться (во избежание газовой пористости и газовых раковин в отливках); -
стойкость к химическому взаимодействию с расплавом - чтобы обеспечить простоту извлечения и очистки отливок.
Литейный стержень – элемент литейной формы, предназначенный для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке.
Литниковая система – система каналов и устройств для подвода в определенном режиме жидкого металла к полости литейной формы, отделения неметаллических включений и обеспечения питания отливки при затвердевании.
Для изготовления разовых форм применяются литейные модели, обеспечивающие образование в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Чтобы получить отливку заданных размеров и качества, наружные размеры модели увеличивают на величину припусков на обработку резанием и линейную усадку, предусматривают скругления углов (галтели), формовочные уклоны и пр.
1 – плоскость разъема формы; 2, 3 – литейные уклоны и радиусы; 4 – знаки; 5, 8 – верхняя и нижняя полумодели; 6, 7 – базирующие элементы; 9 – стержень; в-н – направление «верх» и «низ» по отношению к плоскости разъема полуформ
Рисунок 3.2 - Эскизы детали и модели
Общая технология литья
Технология литья представляет собой совокупность большого количества отдельных процессов литейного производства, которые можно объединить в четыре этапа
1. Технологическая подготовка процесса изготовления отливки. На основании конструкторской (чертеж детали, технические требования, условия работы детали в узле) и технологической документации (величина партии, технологический маршрут обработки) осуществляется: выбор способа литья, разработка чертежа отливки, проектирование технологической оснастки (модель, стержни, литейная форма) разработка технологии, включая определение последовательности и технологических параметров отдельных процессов, операций и переходов.
2. Изготовление формы. На основании разработанных чертежей изготавливаются модель, стержни, необходимая технологическая оснастка. При литье в неметаллические формы наиболее ответственным и трудоемким процессом является формовка - изготовление литейных форм и стержней из формовочных и стержневых смесей.