ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.08.2024
Просмотров: 402
Скачиваний: 0
свойствами обладают сплавы, испытывающие эвтектическое превращение. Из сплавов на основе железа лучшие литейные свойства имеют чугуны.
РАЗНОВИДНОСТИ ЧУГУНОВ
Чугунами называются железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % С и затвердевающие с образованием эвтектики. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для производства качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей.
Взависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные чугуны, чугуны с вермикулярным графитом и ковкие чугуны8. Высокопрочные чугуны и чугуны с вермикулярным графитом являются разновидностью серых, но из-за повышенных механических свойств их выделяют в особые группы.
Белыми называются чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Согласно диаграмме состояния Fe - FезС белые чугуны подразделяют на доэвтектические, эвтектический и заэвтектические. Из-за большого количества цементита они твердые (450 - 550 НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны-отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготовляют прокатные валки, лемехи плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.
Впромышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием, а также высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения. Вместе с тем включения графита снижают прочность
ипластичность, так как нарушают сплошность металлической основы сплава. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитных включений и их формой, что отражается на механических свойствах отливок.
МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ
СВОЙСТВА МЕДИ
Медь — металл красновато-розового цвета, имеющий кристаллическую ГЦК решетку с периодом а — 0,3608 нм, без полиморфных превращений. Медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность.
Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в
8 Название белых и серых чугунов определяется цветом излома, название ковкого — условное.
тонкие листы и ленту, из нее получают тонкую проволоку, медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается. Примеси кислорода, водорода, свинца и висмута ухудшают свариваемость меди. Применение специальных керамических флюсов улучшает качество сварного шва, приближая его физические и механические свойства к характеристикам основного металла.
Медь характеризуется высокими теплопроводностью и электрической проводимостью, пластичностью и коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде, едких щелочах, органических кислотах и других агрессивных средах. Однако она взаимодействует с аммиаком, азотной, соляной, горячей концентрированной серной кислотами. Примеси влияют на все эти свойства. По ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99 % Сu), МО (99,97%
Сu), Ml (99,9% Сu), М2 (99,7% Сu), МЗ (99,5% Сu).
Наиболее часто встречающиеся в меди элементы подразделяют на три группы.
1.Растворимые в меди элементы Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag повышают прочность и твердость меди (рис.10.8) и используются для легирования сплавов на медной основе.
2.2. Нерастворимые элементы РЬ и Bi ухудшают механические 'свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Образуя легкоплавкие
эвтектики (соответственно при 326 и 270 ° С), располагающиеся по границам зерен основной фазы, они вызывают красноломкость.
о 1 |
2 |
Легирующий элемент, %
Рис. 10.8. Влияние легирующих элементов на твердость меди
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
Сохраняя положительные качества меди (высокие теплопроводность и электропроводимость, коррозионную стойкость и т.д.), ее сплавы обладают
хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами. Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, растворимые в меди, — Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Высокая пластичность — отличительная особенность медных сплавов. Относительное удлинение некоторых однофазных сплавов достигает 65 %. По прочности медные сплавы уступают сталям. Временное сопротивление большинства сплавов меди лежит в интервале 300 - 500 МПа, что соответствует свойствам низкоуглеродистых нелегированных сталей в нормализованном состоянии. И только временное сопротивление наиболее прочных берил-лиевых бронз после закалки и старения находится на уровне среднеуглеродистых легированных сталей, подвергнутых термическому улучшению (δв = 1100...
1200 МПа).
По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные; по способности упрочняться с помощью термической обработки — на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.
Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа для указания их массовых деталей. В медных сплавах (так же как в алюминиевых и магниевых) буквенные обозначения отличаются от обозначений, принятых для сталей. Алюминий в них
обозначают буквой А; бериллий — |
Б; железо — |
Ж; кремний — |
К; медь — |
М; |
||
магний — |
Мг; |
мышьяк — Мш; |
никель — |
Н; олово — О; |
свинец — |
С; |
серебро — |
Ср; сурьма — Су; фосфор — Ф; цинк — Ц; цирконий — Цр; хром |
|||||
— X; марганец — |
Мц. |
|
|
|
|
|
Латуни (сплавы меди с цинком) маркируют буквой Л. В деформируемых латунях, не содержащих кроме меди и цинка других элементов, за буквой Л ставится число, показывающее среднее содержание меди. В многокомпонентных латунях после Л ставятся буквы — символы элементов, а затем числа, указывающие содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь Л68 содержит 68 % Сu, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59 % Сu, 3 % Аl; 2 % Ni (остальное Zn). В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его. Например, латунь ЛЦ40МцЗА содержит 40 % Zn, 3 % Мп и 1 % А1.
Бронзы (сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка) обозначают буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа. В марках деформируемых бронз сначала помещают буквы — символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9 % Аl, 4 % Fe, остальное — Сu. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например, БрОбЦбСЗ содержит 6 % Sn, 6 % Zn, 3 % Pb, остальное — Сu.
СТЕКЛО
Стекло представляет собой изотропное твердое тело, полученное переохлаждением расплава компонентов, среди которых хотя бы один является стеклообразующим. Критической температурой перехода от стеклообразного состояния к жидкостям является температура стеклования tCT. Ей соответствует вязкость стекла 1012 Па-с. При температуре стеклования изменяется характер температурных зависимостей ряда свойств, например, коэффициента теплового расширения, теплоемкости (рис. 10.16). При нагреве стекло постепенно размягчается. Интервал температур 900 — 1300° С, в котором вязкость стекла уменьшается от 10 до 108 Пас, называется интервалом выработки.
Вязкость расплавленного стекла и большое поверхностное натяжение (0,2 - 0,35 Н/м) лежат в основе переработки стекломассы в изделия. Стекло является материалом с неограниченными технологическими возможностями: из него отливают или штампуют массивные изделия, вытягивают листы, производят штапельное и непрерывное волокна, выдувают полые изделия, наносят пленки на металлы. Изделия сложной формы собирают из частей, используя легкость адгезионного схватывания у горячего стекла. Большинство технологических процессов переработки стекла легко автоматизируется.
Рис. 10.16. Схемы затвердевания стекла и кристалла:
I -расплав; I I - переохлажденный расплав; III - стекло;
I V - кристалл
При 20 — 25 ° С твердое стекло можно шлифовать, полировать, соединять сваркой, допускается сверление в нем отверстий. Резка стекла основана на его хрупкости: острый надрез на поверхности является концентратором напряжений, под действием небольших внешних нагрузок стекло хрупко разрушается по линии надреза.
Неравномерное охлаждение стекла с высокой температуры является причиной возникновения значительных остаточных напряжений в изделиях. С целью повышения качества изделий проводят отжиг для уменьшения этих напряжений.
Комплекс свойств стекла определяется его химическим составом, структурой, а также состоянием поверхности. В свою очередь структура изделия зависит от условий охлаждения стекла.
Наиболее важными свойствами стекла являются прозрачность, непроницаемость для газов и жидкостей, достаточная прочность. Стекло является диэлектриком.
Широкому применению стекла способствуют его доступность и относительная дешевизна. В машино- и приборостроении стекло используют как материал для остекления средств транспорта, в особенности автомобилей, как конструкционный материал деталей оптических систем; в виде волокна
— для армирования стеклопластиков, звуко- и теплоизоляции. Специальное стеклянное волокно является основой волоконно-оптических систем передачи информации (табл. 10.7).
Механические свойства стекла отличает высокая твердость и хрупкость. Самую высокую прочность имеет кварцевое стекло, наиболее однородное по составу и структуре. Чем больше щелочных оксидов Ме2О содержит стекло, тем ниже его прочность. Теоретическая прочность стекол достаточно высока (δт = 25 — 40 ГПа). На практике максимальную прочность имеют тонкие стеклянные волокна диаметром не более 10 мкм: у волокон из кварцевого стекла δт = 7 ... 14 ГПа, у армирующих волокон для стеклопластиков δт = 2,4... 3,5 ГПа. Прочность стеклянных волокон для термо- и звукоизоляции из обычных стекол еще ниже. Высокая прочность тонких волокон объясняется однородной структурой и отсутствием дефектов на поверхности.
В массивных изделиях стекло является хрупким материалом. При растяжении оно упруго растягивается лишь на 1 - 2 % , далее наступает хрупкое разрушение. Сопротивление удару у стекла ничтожно мало (КС =1,5- 2, 5кДж/м2), зато оно имеет высокую твердость (4000 - 1000 HV).
При растяжении или изгибе стекло хрупко разрушается под действием небольших напряжений (δи = 50...90МПа) Пониженная прочность
объясняется влиянием микротрещин, сосредоточенных в поверхностном слое. Прочность стекла при сжатии в 10 раз больше, чем при изгибе (нейтрализуется вредное влияние микротрещин).
Под действием влаги прочность щелочных стекол уменьшается вдвое, так как вода выщелачивает стекло, образуются щелочные растворы, которые расклинивают микротрещины в поверхностном слое. Адсорбцияпаров воды на поверхности изделий понижает сопротивление усталости по этой же причине. Вода мало влияет на прочность кварцевого стекла и малощелочных стекол. Благодаря такому преимуществу малощелочные стекла используют для изготовления армирующих волокон для стеклопластиков.
Важной характеристикой стекла является его теплостойкость — способность противостоять резким теплосменам без разрушения. Для большинства стекол коэффициент теплового расширения α = (6...9) • •10 -6 К-1, а теплопроводность — λ ~ 20 Вт/(м • К). При резком нагреве или охлаждении в поверхностном слое стекла создаются напряжения, приводящие к его разрушению. Охлаждение особенно опасно тем, что в поверхностном слое появляются растягивающие напряжения. Сравнительно безопасен перепад температур в 90 — 170 ° С, а кварцевое стекло из-за ничтожного теплового расширения (α = 5,5 • 10 -7 К-1) выдерживает перепад температур в 1000° С. Для защиты от растрескивания при теплосменах рекомендуется в стеклянных изделиях сохранять постоянной толщину стенки и не допускать резких изменений сечений.
Прочность изделий понижается из-за остаточных напряжений, возникающих при охлаждении изделий после формования главным образом изза торможения перестройки структуры и «замораживания» неоднородных зон с различной плотностью. Для повышения надежности изделия отжигают при температурах, немного превышающих tCT, причем после отжига остаточные напряжения не должны превышать 5 % δв.
Для повышения прочности изделий необходимо нейтрализовать дефектный поверхностный слой. Шлифование и полирование поверхности изделий повышает δи до 50 - 150 МПа, а в некоторых случаях и до 200 -400 МПа.
Огневая полировка поверхности — это оплавление при кратковременном действии пламени, достаточном для сглаживания неровностей благодаря поверхностному натяжению. Огневая полировка является частью технологии производства листового стекла. Она позволяет повысить δи до 100 - 250 МПа.
Широкое применение получили способы упрочнения стекла, основанные на создании сжимающих напряжений в поверхностном слое: кристаллизация поверхностного слоя, стравливание дефектного слоя на глубину до 500 мкм раствором плавиковой кислоты, нанесение на поверхность эмали, имеющей коэффициент теплового расширения меньший, чем у стекла, и др. Однако наибольшее применение имеют закалка и химико-термическая обработка.
Закалке подвергают изделия простой формы, например, стекла автомобиля. Лист стекла нагревают выше tCT и охлаждают потоком холодного