Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Декабря 2013 в 21:10, курс лекций
Слесарь-ремонтник
Слесарь-ремонтник профессия, представители которой имеют дело с большим разнообразием объектов, материалов, условий, средств и приемов труда. Слесарь-ремонтник выполняет текущий, капитальный и планово-предупредительный ремонт, а также монтаж, проверку и регулировку оборудования, машин и агрегатов. Для определения неисправностей, осуществляет техническую диагностику механизмов и намечает план ремонтных работ. Знакомится с паспортом машины, чертежами ее основных частей, после чего приступает к разборке.
Рисунок 52. Пример совмещения разрезов |
||||||
Рисунок 53. Знак повернуто |
Рисунок 54. Знак развернуто | |||||
Тема 1.2. Материаловедение.
Материаловедение изучает закономерности, определяющие строение и свойства материлов в зависимости от их состава и условий обработки. Металлы и сплавы являются основным конструкционным и инструментальным материалом. В последнее время широкое применение нашли композиционные материалы на основе металлов, полимеров и керамики. Главное в металловедении – это учение о связи между строением и технически важными свойствами металлов и сплавов. Теория термической обработки металлов и сплавов является частью металловедения. При их нагреве и охлаждении изменяется структура металлического материала, что обусловливает изменение механических, физических и химических свойств и влияет на его поведение при обработке и эксплуатации.
1.2.1. Чугун. Влияние примесей на свойства чугуна. Влияние углерода на свойства чугуна.
Чугун – представляет собой сложный железоуглеродистый сплав, содержащий: углерода 2,14 - 4,3 %, кремния 0,5 – 4,25%, марганца 1-1,3%,серы 0,02 – 0,08%, фосфора 0,04 –1,5%. Чугун, получаемый в доменных печах, подразделяется на передельный чугун, используемый для передела в сталь, и литейный чугун, служащий основным компонентом шихты в чугунолитейном производстве.
Уступая стали по прочности, пластичности и вязкости, обладая худшей свариваемостью, чугун превосходит ее по ряду показателей: он дешевле, имеет лучшие литейные свойства, легче обрабатывается резанием. Чугун получил широкое использование в качестве литейного материала. Структура и свойства чугунов и область применения чугунного литья, зависят от условий получения отливок — температуры жидкого металла при заливке, скорости затвердевания отливки, использования модификаторов и т.п. Отливки из чугуна классифицируют по: состоянию углерода, форме включений графита, структуре металлической основы, химическому составу, технологии получения и назначению.
По форме графитовых включений различают: чугун серый с пластинчатым графитом, высокопрочный с шаровидным графитом, ковкий с хлопьевидным графитом.
Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого чугуна характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагрузках и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем у стали). Перлитный серый чугун имеет высокую прочность и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.
Ковким называется чугун в отливках, изготовленных из белого чугуна и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах. Ковкий чугун применяют в тех случаях, когда требуется повышенная пластичность его используют в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении.
Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов. Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или серого чугуна. Механические свойства высокопрочных чугунов зависят в основном от структуры металлической основы. По типу структуры металлической основы чугун бывает: ферритным, перлитным и ферритно-перлитным. Чугуны марок ВЧ 35, ВЧ 40 имеют ферритную основу, ВЧ 45 и ВЧ 50 — перлито-ферритную, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80 — перлитную. Требуемая структура металлической основы формируется в процессе литья и термообработки.
По химическому составу чугун подразделяют на нелегированный и легированный. Нелегированный чугун содержит железо, углерод и обычные примеси - кремний, марганец, серу и фосфор. Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугуну особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.), а также кремний и марганец в количестве, превышающем их примесное содержание.
По технологии получения различают обычные и модифицированные чугуны. Модифицирование - введение в расплав чугуна в небольших количествах специальных добавок - модификаторов, которые способствуют измельчению пластин графита или получению частиц графита в форме шара. В результате модифицирования механические свойства чугуна улучшаются: возрастает прочность, пластичность и вязкость.
По назначению различают чугун общего назначения (серый, ковкий, высокопрочный и др.) и специального назначения (антифрикционный, коррозионно-стойкий, жаростойкий, жаропрочный и др.).
По состоянию углерода (химически связанный или структурно свободный) различают белый, серый и половинчатый (отбеленный) чугуны.
Белые чугуны — получаются при ускоренном охлаждении и при переохлаждении жидкого чугуна ниже 1147 °С.Белые чугуны, содержащие связанный углерод в виде Fe3C, отличаются высокой твердостью, хрупкостью и плохо обрабатываются резанием. Поэтому они как конструкционный материал не применяются, а используются для получения ковкого чугуна путем графитизирующего отжига и выплавки стали. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного износа. Легирование белого чугуна карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.
Серый чугун в изломе темно-серого цвета, мягок, хорошо обрабатывается инструментами и, поэтому широко применяется в машиностроении. У серых чугунов хорошие технологические и прочностные свойства, что определяет широкое применение их как конструкционного материала. Серый чугун отличается от белого меньшей твёрдостью и хрупкостью. Хорошие литейные свойства серого чугуна играют важную роль при получении отливок. Основное количество углерода в сером чугуне содержится в виде пластинчатого графита, равномерно распределённого среди зерен основного сплава. Температура плавления серого чугуна 1100— 1250 градусов С. Чем больше в чугуне углерода, тем ниже температура плавления.
Половинчатые чугуны —характеризуются одновременным наличием в их структуре цементита и графита. Цементит находится в поверхностном слое отливки (охлаждающемся с наибольшей скоростью), а графит - во внутренней полости (сердцевине), охлаждающейся с наименьшей скоростью. Такой чугун имеет высокую износостойкость, но плохо обрабатывается резанием. Половинчатый чугун применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).
Прочность и химический состав чугунов с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412–85)
Марка чугуна |
s в, МПа (кгс/мм2) |
Углерод |
Кремний |
Марганец |
Фосфор |
Сера | |
не более | |||||||
СЧ 10 |
100 (10) |
3,5–3,7 |
2,2–2,6 |
0,5–0,8 |
0,3 |
0,15 | |
СЧ 15 |
150 (15) |
3,5–3,7 |
2,0–2,4 |
0,5–0,8 |
0,2 |
0,15 | |
СЧ 20 |
200 (20) |
3,3–3,5 |
1,4–2,4 |
0,7–1,0 |
0,2 |
0,15 | |
СЧ 25 |
250 (25) |
3,2–3,4 |
1,4–2,2 |
0,7–1,0 |
0,2 |
0,15 | |
СЧ 30 |
300 (30) |
3,0–3,2 |
1,3–1,9 |
0,7–1,0 |
0,2 |
0,12 0,12 | |
СЧ 35 |
350 (35) |
2,9–3,0 |
1,2–1,5 |
0,7–1,1 |
0,2 | ||
Прочность и химический состав высокопрочных чугунов (ГОСТ 7293–85)
Марка |
s в, МПа (кгс/мм2) |
С |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Другие |
не менее |
не более | |||||||
ВЧ 35 |
350 (35) |
3,3–3,8 |
1,9–2,9 |
0,2–0,6 |
0,1 |
0,02 |
0,05 |
– |
ВЧ 40 |
400 (40) |
3,3–3,8 |
1,9–2,9 |
0,2–0,6 |
0,1 |
0,02 |
0,1 |
– |
ВЧ 45 |
450 (45) |
3,3–3,8 |
1,9–2,9 |
0,3–0,7 |
0,1 |
0,02 |
0,1 |
– |
ВЧ 50 |
500 (50) |
3,2–3,7 |
1,9–2,9 |
0,3–0,7 |
0,1 |
0,02 |
0,15 |
– |
ВЧ 60 |
600 (60) |
3,2–3,6 |
2,4–2,6 |
0,4–0,7 |
0,1 |
0,02 |
0,15 |
0,3Cu; 0,4 Ni |
ВЧ 70 |
700 (70) |
3,2–3,6 |
2,6–2,9 |
0,4–0,7 |
0,1 |
0,015 |
0,15 |
0,4Cu; 0,6 Ni |
ВЧ 80 |
800 (80) |
3,2–3,6 |
2,6–2,9 |
0,4–0,7 |
0,1 |
0,01 |
0,15 |
0,6Cu; 0,6 Ni |
ВЧ 100 |
1000 (100) |
3,2–3,6 |
3,0–3,8 |
0,4–0,7 |
0,1 |
0,01 |
0,15 |
0,6Cu; 0,8 Ni |
Элемент |
Серый чугун |
Высокопрочный чугун |
Ковкий чугун |
С |
Повышенное содержание углерода приводит к уменьшению прочности, твердости и увеличению пластичности; углерод улучшает литейные свойства чугуна |
Увеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства чугуна |
Углерод - основной регулятор механических свойств ковкого чугуна; чугун обладает низкой жидкотекучестью и требует высокого перегрева |
Si |
Кремний (с учетом содержания углерода) способствует выделению графита и снижает твердость, а также уменьшает усадку; повышенное содержание кремния снижает пластичность и несколько увеличивает твердость |
С повышением содержания кремния возрастает предел прочности при растяжении, при дальнейшем увеличении содержания - уменьшаются предел прочности при растяжении и относительное удлинение |
Для ферритного ковкового чугуна суммарное содержание кремния и углерода должно быть 3,7-4,1%. Содержание кремния зависит от количества углерода. При содержании кремния до 1,5% механические свойства сплава повышаются |
Mn |
Марганец тормозит выделение графита, способствует размельчению перлита и отбеливанию чугуна; взаимодействуя с серой, нейтрализует ее вредное действие. Механические свойства чугуна повышаются при содержании марганца до 0,7-1,3 %, а при дальнейшем увеличении - снижаются. Марганец увеличивает усадку сплава |
С повышением содержания марганца уменьшается доля феррита и увеличивается количество перлита; при этом повышается предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение. Для повышения износостойкости содержание марганца увеличивают до 1,0- 1,3% |
Марганец увеличивает количество связанного углерода, повышает прочность феррита. При повышении содержания марганца до 0,8-1,4% увеличивается количество перлита, прочность сплава повышается, но резко падает пластичность и ударная вязкость. В ферритном чугуне содержание марганца не должно превышать 0,6%, в перлитном - 1,0% |
Mg |
Для образования графита шаровидной формы содержание магния должно быть не ниже 0,03%, а церия не ниже 0,02% (остаточное содержание). При более низком содержании не весь графит получает шаровидную форму; часть его содержится в виде пластинок, что снижает механические свойства сплава. При повышенном содержании магния (и церия) в структуре сплава образуется цементит и, следовательно, снижаются механические свойства. Оптимальное содержание остаточного магния - 0,04-0,08% |
||
S |
Сера снижает прочность и пластичность, но несколько повышает износостойкость сплава, считается вредной примесью, придает чугуну красноломкость (образование трещин при высоких температурах), препятствует выделению графита |
Чем выше содержание серы в исходном чугуне, тем труднее получить полностью шаровидную форму графита и, следовательно, высокие механические свойства |
Содержание серы в ферритном ковком чугуне, модифицированном алюминием, может быть повышено до 0,2 %; при этом механические свойства возрастают за счет улучшения формы графита. Определяющее влияние на механические свойства чугуна оказывает отношение содержания марганца и серы, которое должно быть в пределах 0,8-3,0 |
P |
Фосфор на процесс графитизации углерода влияет слабо, но повышает жидкотекучесть сплава, придает чугуну хладноломкость, т. е. хрупкость |
Фосфор влияет на структуру и механические свойства. Для чугуна с высокой пластичностью, содержание фосфора не должно превышать 0,08%. Для невысокой пластичности содержание фосфора увеличивают до 0,12-0,15% |
Фосфор оказывает такое же, как для серого чугуна влияние на структуру и механические свойства сплава |
Ni |
Никель - легирующий элемент, благоприятно влияет на выравнивание механических свойств в отливках с различной толщиной стенок, повышает твердость на 10 НВ. С увеличением содержания никеля возрастает коррозионная стойкость и улучшается обрабатываемость сплава |
Никель влияет на тепло- и электропроводность, а также на коррозионную стойкость и жаростойкость сплава. С увеличением содержания никеля эти свойства повышаются |
Никель способствует графитизации углерода и увеличивает количество перлита в металлической основе сплава |
Cr |
Хром - карбидообразующий элемент. С увеличением хрома растет прочность и твердость отливок, замедляется процесс графитизации углерода |
С увеличением содержания хрома в определенных пределах повышается жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость сплава |
Хром замедляет процесс графитизации углерода. Содержание хрома в сплаве не превышает 0,06-0,08%; повышение содержания до 0,1 -0,12% приводит к образованию в структуре сплава стойких карбидов |
Mo |
Молибден - легирующий элемент; замедляет процесс графитизации углерода и способствует карбидо-образованию. С увеличением содержания молибдена повышается твердость без ухудшения обрабатываемости и возрастает сопротивление износу |
- |
Молибден способствует измельчению перлита и графитовых включений, увеличивает предел прочности на 3-7 кгс/мм2 при содержании молибдена 0,5%; замедляет процесс графитизации углерода |
Cu |
Медь способствует графитизации углерода, увеличивает жидкотекучесть, повышает прочность и твердость сплава |
При содержании в сплаве 1 % меди прочность при растяжении повышается до 40%, а текучесть - до 50 % и соответственно при 2% меди - до 65% и до 70%. Содержание меди более 2% препятствует образованию в структуре сплава шаровидного графита |
Медь способствует графитизации углерода и увеличивает содержание в сплаве перлита |