Понятие о металлическом сплаве. Их виды

1. Понятие о  метал.сплаве. Их виды. Компонент,  система, фаза.

 

Металлическими сплавами называют сложные вещества на основе металлов, сохраняющие высокую электро- и теплопроводность, ковкость и другие свойства. Сплавы могут состоять из нескольких металлов или металлов и неметаллов.

Техническое значение металлических сплавов объясняется тем, что многие их свойства (прочность, твердость, электрич. сопротивление) гораздо выше, чем у составляющих их чистых металлов.

Называют сплавы исходя из названия элемента, содержащегося в них в наибольшем количестве (основной элемент, основа), напр. сплавы железа, сплавы алюминия. Элементы, вводимые в сплавы для улучшения их свойств, называют легирующими, а сам процесс - легированием.

По характеру металла-основы различают черные сплавы (основа -Fe), цветные сплавы (основа - цветные металлы), сплавы редких металлов, сплавы радиоактивных металлов. По числу компонентов сплавы делят на двойные, тройные и т.д.; по структуре- на гомогенные (однородные) и гетерогенные (смеси), состоящие из нескольких фаз (последние м. б. стабильными и метастабильными); по характерным свойствам - на тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные,  коррозионностойкие, сплавы со спец. свойствами и др. По технологии производства выделяют литейные (для изготовления деталей методом литья) и деформируемые (подвергаемые ковке, штамповке, прокатке, прессованию и др. видам обработки давлением).

В жидком состоянии большинство сплавов однородны и в физико-химическом понимании представляют одну фазу. После затвердевания в сплаве может образоваться несколько фаз. Количество фаз и их природа определяются характером взаимодействия компонентов сплава при затвердевании.

В твердом виде - сплавы способны образовывать твердые растворы, химические соединения, механические смеси.

Если компоненты сплава растворяются один в другом, то образуются так называемые твердые растворы. При этом атомы растворимого компонента либо замещают атомы растворителя в его кристаллической решетке, либо внедряются в нее. Такие сплавы являются однофазными и состоят из зерен твердого раствора с кристаллической решеткой компонента-растворителя. Растворимость в твердом состоянии может быть неограниченной и ограниченной. В случае ограниченной растворимости компонентов образуется двухфазный сплав, в котором второй фазой может быть чистый компонент или его химическое (металлическое) соединение с другим компонентом.

Механические  смеси образуются в случаях, если элементы обладают ограниченной растворимостью, а также при наличии химического соединения, т. е. компоненты сплава не взаимодействуют между собой. Следовательно, механическая смесь может состоять из зерен двух насыщенных твердых растворов или из зерен твердого раствора и химического соединения.  При этом каждая из фаз сохраняет свой тип кристаллической решетки.

 Ряд компонентов при затвердевании могут вступать в химическое взаимодействие и образовывать химические соединения как металлов с неметаллами (например, карбид железа Fe3 C), так и металлов с металлами (например, СuА12). главное, характеризуется образованием новой кристаллической решетки Характерной особенностью атомно-кристаллического строения химического соединения является его новая кристаллическая решетка, с упорядоченным расположением в ней атомов компонентов. При этом новая решетка значительно отличается от решеток компонентов, и свойства сплава при этом существенно иные. Химическое соединение образуется при строгом массовом соотношении компонентов в соответствии с его стехиометрической формулой. Важно отметить, что химические соединения обычно тугоплавки, тверды, статически прочны и нередко хрупки.

При изучении процессов, происходящих в сплавах при их превращениях, и описании их строения в металловедении используют следующие понятия: система, фаза, компонент.

Системой называют совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температуре, давлении).

Фазой называют однородную по химическому составу, кристаллическому строению и свойствам часть системы, отделенную от других частей системы границей поверхностного раздела,  при переходе через которую свойства изменяются скачком. Фазами могут быть жидкие и твердые растворы, химические соединения. Однофазной системой является, например, однородная жидкость, двухфазной — механическая смесь двух видов кристаллов.

Компонентами называют вещества, образующие систему. Компонентами могут быть элементы (металлы и неметаллы), а также устойчивые химические соединения.

2. Начертите  в масштабе….

Рис. 1. Упрощенная диаграмма  состояния сплавов железо—углерод (цементит): ACD — линия ликвидуса; AECF— линия солидуса; GSE и PSK— линии перехода α — железа в γ — железо при нагреве; QPG — область однофазной ферритной структуры.

 

Ниже рисунок в  помощь, чтобы начертить диаграмму

При охлаждении жидкого сплава стали, содержащей 0,8% углерода С, при температуре 1500°С начинается первичная кристаллизация. Сплав начинает затвердевать по линии АС с выделением зерен аустенита (структура: аустенит + железо).

Кристаллизация сплава заканчивается по линии АЕ солидуса AECF полностью затвердевая со структурой аустенита, при температуре около 1360°С.

Дальнейшие изменения структуры сплава происходят при понижении температуры в твердом состоянии, т. е. при вторичной кристаллизации.

Вторичная кристаллизация в сплаве железо—углерод связана с аллотропным превращением γ — железа в α —железо и характеризуется линиями диаграммы GSEF и PSK.

Структура аустенит в стали с 0,8 % С при охлаждении до 727°С (температура аллотропического превращения)  (точка S, рис. 1) распадается на дисперсную смесь, состоящую из феррита и цементита, при этом сталь имеет трехфазное состояние: А+Ф+Ц. Ниже эвтектоидной температуры (727°С) сталь имеет структуру перлит.

Смесь, образующуюся при распаде  твердого раствора, называют эвтектоидом. Точку S, а также сталь со структурой эвтектоида называют соответственно эвтектоидными. Эвтектоид в железоуглеродистых сплавах получил название перлита (П).

 

3. Сущность процессов…….

Поверхностное насыщение  стали одновременно углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли называют цианированием, а в газовой среде — нитроцементацией. Цель этих процессов — получение высокой твердости и износостойкости поверхности деталей с сохранением пластичной сердцевины. Цианированию и нитроцементации подвергают детали из сталей с 0,2—0,4 % С.

Для нитроцементации  применяют— шахтные, камерные или проходные  печи. При нитроцементации детали нагревают при 850—870 °С в течение 5... 10 ч. в газовой среде. Газовая среда представляет собой эндогаз, состоящий из азота, водорода и оксида углерода, к которому добавляют 5—15 % природного газа и 3—8 % аммиака. Толщина нитроцементованного слоя 0,2...0,8 мм. После насыщения поверхности деталей углеродом и азотом их подвергают закалке и низкому отпуску; HRC 58—64. Нитроцементацию применяют для обработки широкой номенклатуры деталей. Процесс нитроцементации получил широкое распространение в машиностроении для деталей, по условиям работы которых достаточна толщина упрочненного слоя 0,2—1,0 мм. На ВАЗе 94,5 % деталей, упрочняемых ХТО, подвергаются нитроцементации. Например, нитроцементация зубчатых колес, изготовленных из углеродистой стали, повышает их износостойкость в 1 5 - 2 раза по сравнению с закалкой.

При цианировании детали нагревают при 820—960 °С в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий NaCN. Толщина цианированного слоя 0,3... 2 мм, продолжительность цианирования 0,5...6 ч. Все оборудование процесса цианирования должно быть герметизировано.

В зависимости от температуры и состава ванны получают разные структуру и степень насыщения поверхностного слоя деталей.

Для получения, слоя толщиной до 0,3 мм цианирование ведут при 820—860 °С в цианистых солях, содержащих NaCN, NaCl, Na2C03. При нагреве образующиеся в ванне атомарный азот и углерод диффундируют в сталь. Слой содержит 0,7 % С и ~ 1 % N. Затем детали закаливают непосредственно из ванны и подвергают низкому отпуску. Твердость слоя HRC 58—62.

Для получения слоя толщиной до 2 мм цианирование ведут при 930—960 °С в цианистой ванне, содержащей NaCN, NaCl, BaCl2. Слой содержит ~1 %С и ~ 0,3 % N. Затем детали охлаждают на воздухе, проводят закалку и низкий отпуск.

Цианированию подвергают главным образом сложные инструменты - фасонные, червячные и резьбовые  фрезы. Жидкое цианирование применяется для обработки шестерен и разных мелких деталей. Процесс цианирования инструмента осуществляется при температуре отпуска быстрорежущего инструмента после окончательной термической и механической обработки. В зависимости от состава ванны и времени выдержки глубина цианированного слоя составляет 0,02 – 0,07 мм. Цианирование повышает хрупкость поверхностного слоя инструмента.

Недостатком цианирования является высокая стоимость, повышенная токсичность газовых выделений цианистых солей. Проведение этого процесса сопряжено с выполнением особых требований техники безопасности. В то же время по сравнению с цементированием нитроцианированный и цианированный слои требует меньше времени для получения слоя заданной толщины, обладают большей сопротивляемостью износу, большей твердостью и лучшим сопротивлением коррозии, детали значительно меньше подвержены деформациям и короблению.

 

4. Приведите  схематическое изображение метода……

Прессование – важнейший  метод формования изделий из термореактивных  материалов. Сущность метода состоит в переводе твердого в исходных условиях пресс-материала в вязкотекучее состояние и дальнейшем формовании изделия из расплава под действием тепла и давления. При этом в результате химической реакции отверждения, протекающей при повышенной температуре, происходит образование изделия, которое, как правило, обладает устойчивостью формы при температуре прессования и не требует охлаждения перед извлечением из оснастки.

Рис.2. Схема горячего (компрессионного) прессования:

I - загрузка пресс-материала; II - прессование; III - раскрытие пресс-формы и извлечение изделия.

1) матрица, 2) пресс-материал, 3) пуансон, 4) изделие, 5) выталкиватель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Эскиз металлической формы для изготовления детали:

1) матрица - металлическая  форма, 2) пуансон.

 

Технологический процесс состоит из следующих операций:

1. Предварительное нагревание материала
2. Загрузка материала
3. Смыкание пресс-формы
4. Подпрессовка
5. Выдержка под давлением и отверждение
6. Размыкание пресс-формы
7. Извлечение изделия
8. Очистка пресс-формы

 

 

 

5. Начертите схему резания при работе на ……..

Рис. 4. Схема процесса строгания на поперечно-строгальном станке:

1 — обрабатываемая  поверхность; 2 — плоскость резания; 3 — основная плоскость; 4 — опорная  поверхность резца; 5 — обработанная  поверхность; 6 — поверхность резания; а и b — толщина и ширина срезаемого слоя.

Vр – скорость резания, скорость  рабочего  хода  (главного движения)  ползуна, (м / мин);

Vx  - скорость  холостого хода, (м / мин);

S – величина подачи, относительное перемещение  заготовки при холостом ходе резца,  необходимое для того,  чтобы при рабочем ходе снять  следующий  слой  металла, (мм);

t - глубину резания, (мм).

Поперечно-строгальные  станки предназначены для обработки  строганием различных по расположению плоскостей. Плоскости могут быть расположены параллельно, под различными углами, они могут быть сопряжены или нет; все это зависит от формы обрабатываемой детали. Кроме плоскостей на строгальном станке обрабатывают и криволинейные поверхности разной сложности.

Основные виды работ, выполняемых на поперечно-строгальных станках:

-  строгание горизонтальной и вертикальной плоскостей;

- строгание параллельных плоскостей;

- строгание перпендикулярных плоскостей;

- строгание наклонных плоскостей;

- выполнение пазов  и канавок;

- выполнение шпоночных канавок;

- строгание фасонных  поверхностей;

- особые виды строгания поверхностей (например, изготовление зубчатой рейки).

 

Список используемой литературы

 

1. Б.А. Кузьмин, Ю.Е. Абраменко и др. Технология металлов и конструкционные материалы. Учебник для машиностроит.техникумов. М.: Машиностроение, 1989.
2. О.И. Манусаджянц, Р.В. Смаль. Автомобильные эксплуатационные материалы. М.: Транспорт, 1989.
3. П.А. Колесник, В.С. Кланица. Материаловедение на автомобильном транспорте. Учебник для студ.высш.учеб.заведений. М.: Академия, 2007.
4. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗов / А.М. Дольский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под ред. А.М. Дольского. – М.: Машиностроение, 2005.
5. Г.А. Прейс, Н.А. Сологуб, И.А. Рожнецкий и др. Технология конструкционных материалов. Учебник. К.: Выща шк., 1991.
6. В.А.Воробьев, М.А.Лысаков. Обработка заготовок на поперечно-строгательном станке. Методические указания к лабораторной работе. Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 2010.