Вопрос 30 Дайте определение понятию «свободная ковка». Перечислите виды ковки. Опишите операции свободной ковки. Назовите и расшифруйте марки материалов: Р6М5; ЛЦ40С; БСт4пс; ВЧ100-2; 38ХМЮА.

Вопрос 1 Дайте определение понятию «чугун». Перечислите исходные материалы для получения чугуна. Проанализируйте продукты доменного производства. Назовите и расшифруйте марки материалов: ШХ20СГ; КЧ55-4; 15Х28; Р6М5; Ст5Гпс.

Чугуном называется железоуглеродистый сплав с содержанием углерода от 2,14% до 6,68% и постоянных примесей (сера, фосфор, кремний, марганец) более 2 %.

Исходные материалы для плавки, взятые в рассчитанном массовом соотношении, называют шихтой. В состав шихты входят руды (чаще рудные концентраты), топливо, металлы в виде лома, флюсы, шлаки предыдущих плавок.

Для получения чугуна в качестве руды используют красные железняки (гематит), бурые и магнитные железняки (оксиды) и железный шпат (карбонат).

Руда для доменного процесса должна иметь определенные химический состав и размер кусков.

Слишком большие куски медленно восстанавливаются, проходят в область высоких температур, расплавляются и переходят в шлак без восстановления.

Мелкая, пылевидная руда также нежелательна, она уносится колошниковыми газами, закрывает поры для прохождения газов в кусковых материалах, понижает производительность печи и увеличивает расход топлива.

Поэтому основная масса руды перед плавкой проходит предварительную обработку: дробление крупных кусков, спекание мелких, обогащение.

Ее размельчают на щековых дробилках на куски размером 30 - 100 мм в поперечнике. Более мелкие фракции размалывают на дробильных валиках и шаровых мельницах, потом просеивают на ситах и брикетируют или спекают.

Топливо может быть в твердом (дрова, торф, уголь), жидком (нефть), газообразном (природный газ) агрегатном состоянии.

При выплавке металлов и их обработке наибольшее значение имеют каменный уголь, каменноугольный кокс, а также природный газ, мазут, доменный и коксовый газы. Дрова и древесный уголь применяют как вспомогательное топливо.

Флюсы облегчают шлакование при металлургических плавках, способствуют сплавлению пустой породы руды, образуя с ней, а также с золой топлива шлаки, плавящиеся при рассчитанной температуре; они связывают и обеспечивают перевод из металла в шлак вредных примесей.

Во всех железных рудах, а также в золе от кокса в избытке содержатся кремнезем и глинозем, поэтому в шихту в качестве флюса добавляют известняк или доломит; они способствуют также шлакованию серы, вредной примеси в чугуне.

Шлаки образуются при выплавке металлов и, имея небольшую плотность (2 — 4 г/см³), всплывают над жидким металлом, изолируя его от непосредственного влияния печных газов.

Они образуются из сплавленной пустой породы, флюсов, золы топлива и огнеупорной футеровки по мере ее разрушения, из поглощенных газов и выделяющихся из металла соединений.

Образовавшийся чугун подразделяется на литейный чугун, который разливают в слитки весом 45 кг (чушки) или получают из него отливки, и передельный чугун, который идет на передел в сталь.

Передельный чугун из чугуновозных ковшей сливают в миксер – огнеупорную емкость, обогреваемую горючим газом, вместимостью до 2 тыс. т жидкого чугуна. В миксере происходит усреднение состава чугуна из разных плавок, что важно для правильной работы сталеплавильных агрегатов.

Чугун и доменные ферросплавы, применяемые для раскисления и легирования стали, – это основная продукция доменного производства, а шлак и доменный газ – побочная.

Шлак из доменной печи по желобу стекает в ковш. Затем его гранулируют струей воздуха или пара над водяным бассейном. Из гранулированного шлака приготовляют шлакобетон, шлаковый кирпич; при гранулировании паром из шлака получают шлаковую вату для тепловой изоляции.

Вопрос 2 Дайте определение понятию «сталь». Перечислите способы получения стали. Охарактеризуйте способы получения стали. Назовите и расшифруйте марки материалов: БСт2сп; 30Х3МФ; БрО4Ц7С5; Сталь 75; У11.

Сталью называют железоуглеродистый сплав с содержанием углерода от 0,02% до 2,14% и постоянными примесями менее 2% (сера, фосфор, кремний и марганец).

Выплавку стали производят в сталеплавильных печах различной конструкции, ёмкости и производительности.

Способы получения стали: в мартеновских печах, в кислородном конверторе, в электропечах.

В мартеновских печах выплавляют стали обыкновенного качества, углеродистые и легированные.

Мартеновская печь – это самая крупная пламенная регенеративная сталеплавильная печь, которая может вмещать до 900 т жидкой стали.

Печь представляет собой ванну из огнеупорных материалов. Сверху имеется свод, в передней стенке расположены окна для завалки шихты, в нижней части задней стенки – летка для выпуска стали. В боковых стенах имеются головки для подачи топлива и отвода продуктов сгорания. Источником тепла является факел, в котором сгорает природный газ или мазут. Газы, образованные при горении, проходят через один из регенераторов (воздухонагревателей), отдавая тепло кирпичной насадке. Воздух для горения топлива подается через нагретый регенератор. Затем с помощью задвижки поток газов направляют так, чтобы остывший регенератор нагревался, а нагретый работал на подогрев дутья.

Печь выдерживает от 400 до 600 плавок (примерно 8 месяцев), после этого ставится на ремонт. Продолжительность плавки в мартеновской печи от 6 до 12 часов.

В кислородном конверторе выплавляют только углеродистую и низколегированную сталь (содержание легирующих добавок не более 3 %).

Кислородный конвертор – второй по величине сталеплавильный агрегат. Он представляет собой грушевидный сосуд (реторту) из огнеупорного кирпича, покрытый снаружи стальным кожухом и подвешенный на опорах. Конвертор может поворачиваться на цапфах, наклоняясь для выпуска стали и шлака. Емкость конверторов – до 400 т жидкой стали, обычно 300 т. Размеры: высота до 9 м, диаметр – до 7 м.

В конверторе окисление имеющихся в чугуне примесей идет за счет продувки жидкого чугуна чистым кислородом (через фурму сверху). Химические реакции окисления протекают с выделением огромного количества теплоты, поэтому ванна очень быстро разогревается. Под фурмой температура расплава достигает 2400 °C. Плавка продолжается всего 40 минут: это самый высокопроизводительный сталеплавильный агрегат.

Слишком высокие температуры способствуют выгоранию ценных легирующих элементов, поэтому иногда легирование производят уже в ковше, после выпуска стали из конвертора.

Электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сплавов и сталей.

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами:

а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;

б) можно получать высокую температуру металла,

в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.

Различают дуговые и индукционные электропечи.

Электродуговая сталеплавильная печь имеет емкость до 300 т. Это камера из огнеупорного кирпича со съемным сводом. Для загрузки флюсов и легирующих элементов имеется окно; загрузка шихты производится сверху при снятом своде. Для выпуска стали печь имеет огнеупорный желоб. Она может наклоняться благодаря специальному механизму.

Тепло для химических реакций получается от горения трех электрических дуг между графитовыми электродами и шихтой. Печь питается трехфазным током с напряжением 600 В; сила тока до 10 кА. В электродуговой печи можно создать необходимую атмосферу (нейтральную, восстановительную или вакуум). Электрические параметры легко поддаются регулированию, поэтому в печи можно установить любую температуру.

В электропечах выплавляют высококачественные легированные стали. Плавка длится 6-7 часов; на тонну стали расходуется примерно 600 кВтч электроэнергии и около 10 кг электродов.

Электроиндукционная печь – самый маленький агрегат для выплавки стали. Ее емкость не превышает 25 т. Такие печи часто строят на машиностроительных предприятиях для переплавки собственных отходов.

Электроиндукционная печь – это огнеупорный тигель, помещенный в индуктор. Индуктор выполнен в виде витков медной трубки, через которую под давлением прокачивается вода для охлаждения. Индуктор подключен к генератору переменного тока высокой частоты (от 500 до 2000 Гц). Ток создает переменное электромагнитное поле. Под действием этого поля в кусках шихты, находящейся в тигле, наводятся вихревые токи, или токи Фуко. За счет сопротивления металла прохождению тока шихта разогревается и плавится; расплав интенсивно перемешивается.

В этой печи также можно создать любую атмосферу. Здесь не слишком высокая температура, поэтому нет угара легирующих элементов. Нет графитовых электродов, как в дуговой печи, поэтому лишний углерод не попадает в расплав. В индукционных печах выплавляют высококачественные легированные стали и сплавы, в том числе безуглеродистые.

 

Вопрос 3 Дайте определение понятию «кристаллическая решетка». Перечислите типы кристаллических решеток. Проанализируйте структурные несовершенства реальных кристаллов. Назовите и расшифруйте марки материалов: 12Х2Н4А; ВК8; Х12; А40Г; БрА10Мц2Л.

Атомно-кристаллической решеткой называют закономерное упорядоченное пространственное размещение атомов.

Кристаллическая решетка состоит из множества элементарных ячеек, образующихся при затвердевании метала из жидкости вокруг центров кристаллизации (группа элементарных решеток, мельчайшие шлаковые и неметаллические включения и др.).

Элементарной ячейкой называется такой элементарный объем, который характеризует особенности строения данного типа кристаллической решетки (всего 14) и расстояния между атомами в решетке.

Наиболее часто встречаются такие решетки:

а) объемно-центрированная кубическая (ОЦК). Такую решетку имеют хром, ванадий, вольфрам, молибден и другие тугоплавкие металлы и сплавы.

б) гранецентрированная кубическая (ГЦК). Такую решетку имеют алюминий, никель, медь, серебро, золото.

в) гексагональная плотноупакованная решетка (ГПУ). Такую решетку имеют магний, титан, цинк и другие редкоземельные металлы.

Таким образом, элементарными ячейками кристаллической решетки служат:

а) объемно-центрированный куб, у которого атомы расположены в вершинах и в центре куба (всего 9 атомов);

б) гранецентрированный куб, у которого атомы расположены в вершинах и в центре каждой грани куба (всего 14 атомов);

в) гексагональная решетка, у которой атомы расположены в вершинах шестиугольных оснований призмы, в центре этих оснований и внутри призмы (всего 17 атомов).

Лини на схемах кристаллических решеток являются условными. В действительности никаких линий не существует, а атомы колеблются с большой частотой возле точек равновесия, то есть узлов решетки.

Существующие в природе кристаллы, которые получили название реальных, не обладают совершенной атомно-кристаллической структурой.

Реальный кристалл состоит из скопления большого числа мелких кристаллов неправильной формы, которые называются зернами или кристаллитами.

Атомы, расположенные в узлах кристаллической решетки, находятся в непрерывном тепловом движении и могут оставлять положение равновесия и перемещаться внутри кристаллической решетки.

Решетки имеют различного рода несовершенства и дефекты, то есть отклонения от правильного периодического расположения атомов.

Дефекты подразделяют на:

Точечные (нульмерные);

Линейные (одномерные);

Поверхностные (двухмерные);

Объемные (трехмерные).

Точечными дефектами называются такие нарушения периодичности кристаллической решетки, размеры которых по всем трем пространственным координатам соизмеримы с размером атома.

К точечным дефектам относятся:

межузельные (дислоцированные) атомы, вышедшие из положения равновесия и перемещенные в позицию между узлами решетки;

вакансии (пустые узлы) кристаллической решетки;

примесные атомы.

Перенасыщение точечными дефектами достигается при резком охлаждении после высокотемпературного нагрева, при пластическом деформировании и при облучении нейтронами. В последнем случае концентрация вакансий одинакова: выбитые из узлов решетки атомы становятся межузельными атомами, а освободившиеся узлы становятся вакансиями.

Линейные дефекты - это дислокации, то есть линии вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла. Они бывают краевые и винтовые.

Краевая дислокация в сечении представляет собой край «лишней» полуплоскости в решетке. Вокруг дислокаций решетка упруго искажена.

Винтовая дислокация представляет собой некоторую условную ось внутри кристалла, вокруг которой закручены атомные плоскости. В винтовой дислокации, так же как в краевой, существенные искажения кристаллической решетки наблюдаются только вблизи оси, поэтому такой дефект может быть отнесен к линейным (рисунок 6, б)

Дислокации обладают высокой подвижностью, поэтому существенно уменьшают прочность металла, так как облегчают образование сдвигов в зернах-кристаллитах под действием приложенных напряжений.

Наиболее простой и наглядный способ образования дислокаций в кристалле - это сдвиг.

Дислокационный механизм сдвиговой пластической деформации внутри кристаллов может привести к разрушению изделия. Таким образом, дислокации непосредственно влияют на прочностные характеристики металла.

Поверхностные дефекты включают в себя главным образом границы зерен кристалла. На границах кристаллическая решетка сильно искажена. В них скапливаются перемещающиеся изнутри зерен дислокации и вакансии, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов.

Из практики известно, что мелкозернистый металл прочнее крупнозернистого. Так как у последнего металла меньше суммарная протяженность (площадь) границ. То можно сделать вывод, что поверхностные дефекты способствуют повышению прочности металла.

Объемные дефекты представляют собой поры, макротрещины и другие подобные несплошности металла или сплава.

 

Вопрос 4 Перечислите основные свойства металлов и сплавов. Охарактеризуйте основные механические свойства. Обоснуйте выбор металлических материалов для изготовления деталей машин и инструментов. Назовите и расшифруйте марки материалов: ВЧ 45-12; БСт6сп; У9; ХВ4; БрА11Ж6Н6.

Работоспособность технических изделий в значительной мере зависит от свойств материалов. Механические, химические, физические, магнитные, технологические свойства, сопротивление материалов коррозии определяются их структурой. На основе анализа этих свойств выбирают материалы для изготовления технических изделий и прогнозируют их работоспособность.

К физическим свойствам относятся: цвет, плотность, температура плавления, тепло- и электропроводность, тепловое расширение, магнитные свойства.

К химическим свойствам относятся окисляемость и кислотостойкость, коррозионная стойкость, жаростойкость.

Механические свойства металлов и сплавов определяют возможность их использования в изделиях, на которые при эксплуатации воздействуют механические нагрузки.

К механическим свойствам относят: прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочность – это способность материала сопротивляться разрушению и появлению остаточных деформаций под воздействием внешних сил.

Различают прочность материалов при статических и динамических (ударных) нагрузках.

Важной характеристикой прочности является ударная вязкость. Это способность материала поглощать механическую энергию и при этом проявлять значительную пластичность вплоть до разрушения.

Вязкие металлы применяют для деталей, которые при работе подвергаются ударной нагрузке.

Пластичность – это свойство материала изменять, не разрушаясь, свою форму под воздействием внешних сил и сохранять остаточные деформации после прекращения действия этих сил.

Упругость – это свойство материала восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызвавших деформацию.

Твердость - это способность материала сопротивляться деформации в поверхностном слое при местном силовом контакте, то есть при внедрении в него более твердого тела.

Твердость металлов и сплавов дает возможность изготовлять из них режущие инструменты и детали с высокой износоустойчивостью.

Знание всей совокупности этих свойств позволяет оценить конструкционную прочность – комплексную характеристику работоспособности материала в реальной конструкции.

При выборе материала для деталей машин следует руководствоваться основными принципами:

- материал должен выдерживать нагрузки, которые испытывает деталь;

- материал должен быть технологичным, то есть иметь хорошие литейные свойства или обрабатываемость резанием, давлением, свариваемость и так далее;

- материал должен быть максимально дешевым.

Детали типа корпусов, станин, крышек, маховиков в основном получают литьем. Поэтому материал для изготовления детали должен обладать высокими литейными свойствами, которыми обладает чугун. Детали типа валов, шестерен, осей, пружин, как правило, изготавливают из стали. В зависимости от испытывающих нагрузок следует выбрать углеродистую либо легированную сталь.

При выборе материала для инструментов следует учитывать условия работы инструмента, скорость резания и свойства обрабатываемого материала.

Любой режущий инструмент должен обладать высокой твердостью и прочностью. Чем выше скорость резания, тем больше инструмент нагревается при работе, и тем более теплостойкий материал необходим для его изготовления.

Если обрабатываемый материал мягкий и легко поддается обработке (алюминиевые и медные сплавы), то прочность и теплостойкость инструмента могут быть и меньшими, можно использовать менее дорогие инструментальные стали (углеродистые, низколегированные). При обработке высоколегированных нержавеющих, жаропрочных сталей, которые труднообрабатываемы, требуют больших усилий при резании, сильно нагревают инструмент ввиду их меньшей теплопроводности, следует использовать высоколегированные инструментальные быстрорежущие стали повышенной теплостойкости.

Вопрос 5 Перечислите методы испытания металлов на твердость. Опишите эти методы. Укажите их достоинства и недостатки. Назовите и расшифруйте марки материалов, согласно классификации: А40; КЧ60-3; Р9Ф5; 13Х; ЛЦ38Мц2С2.

Методы определения твердости в зависимости от скорости приложения нагрузки делятся на статические и динамические, а по способу ее приложения – на методы вдавливания и царапания.

Методы определения твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу относятся к статическим методам испытания.

Для испытания на твердость применяют специальные приборы – твердомеры.

Твердость по Бринеллю определяется при вдавливании стального закаленного шарика (диаметр 1мм, 2мм, 2,5мм, 5мм, 10мм) в поверхность исследуемого металла с получением круглого отпечатка. Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой с делениями.

Число твердости по Бринеллю НВ в Н/ (кгс/ ) определяется как отношение нагрузки при вдавливании стального шарика в испытуемый материал к площади поверхности полученного сферического отпечатка

HB = 2F / pD [D - Ö D² – d²],

где F – нагрузка, кгс;

D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр лунки, мм.

Способ Бринелля не рекомендуется применять для металлов или сплавов твердостью больше НВ = 450 Н/ , так как шарик может деформироваться и результат получится неправильным. Нельзя также испытывать материалы, которые при вдавливании шарика продавливаются.

Твердость по Роквеллу определяется глубиной проникновения в испытуемый материал алмазного конуса с углом при вершине 120^о или закаленного шарика диаметром 1,588 мм.

Конус или шарик вдавливают двумя последовательными нагрузками:

· предварительной F_о = 10 н;

· общей F = F_о + F₁, где F₁ – основная нагрузка.

Испытание шариком применяют при определении твердости мягких материалов до НВ = 220 Н/ , а алмазным конусом – при испытании твердых материалов.

Твердость обозначается в условных единицах, ее обозначают в зависимости от условий испытания: HRA при испытании конусом, HRB при испытании шариком, HRC при испытании конусом.

На практике значение твердости по Роквеллу не рассчитываются по формулам, а считываются с соответствующей (черной или красной) шкалы прибора. Шкала HRA используется для высокой твердости листовых материалов, HRC - для высокой твердости, HRB - для низкой.

Данный способ можно проводить на готовых изделиях без их порчи, так как отпечатки очень малы и не требуют ни каких измерений - число твердости читается прямо на шкале прибора.

Твердость по Виккерсу устанавливают путем вдавливания в металл индентора – алмазной пирамиды с углом при вершине 136^о под действием постоянной нагрузки F: 1; 2; 2,5; 3; 5; 10; 20; 30; 50 или 100 кгс и выдержки под нагрузкой в течение 10 - 15 с.

Для определения твердости черных металлов и сплавов используют нагрузки от 5 до 100 кгс, а медных сплавов – от 2,5 до 50 кгс, алюминиевых сплавов – от 1 до 100 кгс.

После снятия нагрузки с помощью микроскопа прибора находят длину диагонали опечатка, а твердость HV рассчитывают по формуле HV = 1,854 F/d²,

где Р – нагрузка, кгс; d – диагональ отпечатка, мм.

Твердость по Виккерсу измеряется в кгс/мм², Н/ мм2 или МПа. Значение твердости по Виккерсу может измеряться от HV 2000 до HV 5 при нагрузке 1 кгс.

На практике вычислений не производят, а пользуются таблицей зависимости твердости от величины нагрузки и длины диагонали.

Наряду с рассмотренными статическими методами, иногда для определения твердости крупногабаритных деталей применяется также и динамический метод Польди.

Определение твердости по методу Польди НР основано на сравнении диаметров отпечатков шарика, полученных одновременно на исследуемом образце и эталоне с известной твердостью в результате одного удара. Удар производится ручным молотком по бойку, который прижат к эталону пружиной. Шарик находится между эталоном и образцом. При ударе шарик вдавливается и в образец, и в эталон. Измерив диаметры отпечатков на образце и эталоне и зная твердость эталона, можно подсчитать твердость исследуемого образца.

Прибор Польди дает приближенные результаты, так как твердость эталона НВ определяется при статическом вдавливании по методу Бринелля, а твердость исследуемого образца НР- при динамическом вдавливании.

В некоторых случаях, когда применение перечисленных методов невозможно, твердость определяется с помощью тарированных напильников. Этот метод менее точен, но прост и легко применим в цеховых условиях.

Твердость HRC может быть определена с помощью ряда напильников, подвергнутых термической обработке на различную твердость насечки. Обычно интервал насечек колеблется от 3 до 5 единиц HRC. Тарирование напильников производится по эталонным плиткам, твердость которых заранее точно определена на приборе.

Твердость испытуемой детали определяется двумя напильниками с минимальным интервалом по твердости, один из которых может только скользить по детали, а второй ее слегка царапать. Если напильник с НRС 62 царапает металл, а с HRC 59 только скользит по поверхности детали, то твердость HRC 60 - 61.

Практически этим способом пользуются для установления твердости инструментов (разверток, фрез и т. п.), твердость которых измерить иным способом бывает трудно.

Определение твердости методом царапания производят царапанием поверхности алмазным конусом с углом при вершине 90⁰. Мерой твердости в этом случае является величина, обратная ширине царапины при определенной постоянной нагрузке. На каждом образце измеряют ширину большого числа царапин, так как точное измерение ширины царапины затруднено вследствие нерезких ее краев.

Твердость при царапании характеризует уже не сопротивление пластической деформации, как в предыдущих методах, а сопротивление разрушению, так как при царапании происходит местное разрушение.

Способ царапания разработал Моос в начале XIX в.; им были предложена шкала твердости минералов по способности одного наносить царапины на поверхности другого. Эта десятибалльная шкала (от талька № 1 до алмаза № 10) используется в минералогии, а также для оценки твердости технической керамики и монокристаллов.

Например, твердость при царапании, вычисленная как величина, обратная ширине царапины при нагрузке на алмаз 50 г, тесно связана с сопротивлением разрушению при разрыве. У большинства металлов при царапании происходит разрушение путем среза. Поэтому метод царапания, широко распространенный при изучении минералов, может представлять большой практический интерес и при изучении металлов, давая возможность определять сопротивлением разрушению и связанных с ним характеристик, по данным испытаний очень малого участка поверхности.

 

Вопрос 6 Перечислите методы, которые наиболее часто применяют для определения дефектов в металлах. Опишите метод магнитной дефектоскопии. Выявите его достоинства, недостатки и область применения. Назовите и расшифруйте марки материалов, согласно классификации: Р6М5К5; ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5; БСт2кп; СЧ18; 10Х17Н13М2Т.

При необходимости выявления таких дефектов, как разъедание, растрескивание, ржавление и многих других, прибегают к неразрушающему контролю, т. е. оценке надежности без разрушения изделия, как это происходит при механических испытаниях. Наиболее распространены в технике такие методы неразрушающего контроля, как рентгеноструктурный анализ, дефектоскопия, рентгеновский контроль и др.

Рентгеноструктурный анализ дает возможность установить типы кристаллических решеток металлов и сплавов, а также их параметры. Определение структуры металлов, размещения атомов в кристаллической решетке и измерение расстояния между ними основано на дифракции рентгеновских лучей рядами атомов в кристалле, так как длина волн этих лучей соизмерима с межатомными расстояниями в кристаллах.

Зная длину волн рентгеновских лучей, можно вычислить расстояние между атомами и построить модель расположения атомов.

Дефектоскопию применяют для выявления трещин, волосовин, пузырей, неметаллических включений внутри деталей.

Магнитная дефектоскопия позволяет обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты на глубине до 5 мм. Магнитные испытания включают следующие основные операции: намагничивание изделий, покрытие их ферромагнитным порошком, наружный осмотр и размагничивание.

При наличии пороков изделий магнитные силовые линии стремятся обогнуть места пороков ввиду их пониженной магнитной проницаемости и выходят за пределы по­верхности изделия, образуя неоднородное магнитное поле. Поэтому частицы магнитного порошка располагаются над пороком, образуя резко очерченные линии. По характеру этих линий судят о величине и форме пороков металла.

Важным достоинством магнитной дефектоскопии является возможность автоматизации процесса контроля; операция контроля легко может быть встроена в технологический процесс изготовления детали. Тем не менее, применение этого метода ограничено по ряду причин: контролируются ферромагнитные материалы с толщиной стенки изделий не более 16 мм; выявляются преимущественно объемные дефекты размером не менее 5 % толщины материала и только те трещины, которые выходят на поверхность изделия.

Ультразвуковая дефектоскопия позволяет испытывать не только ферромагнитные, но и парамагнитные материалы и выявлять пороки в их толще на значительной глубине, где они не могут быть обнаружены магнитной дефектоскопией. Метод основан на вводе ультразвуковых колебаний в исследуемый объект и регистрации отраженных волн.

Для излучения и приема ультразвуковых колебаний пользуются пьезоэлектрическими излучателями и приемниками.

Рентгеновский контроль основан на проникновении рентгеновских лучей сквозь тела, непрозрачные для видимого света. Проходя сквозь металлы, рентгеновские лучи частично поглощаются, причем сплошной металл поглощает лучи сильнее, чем металл с газовыми, шлаковыми включениями или трещинами. Величину, форму и род этих пороков можно наблюдать на светящемся экране, установленном по ходу лучей за исследуемой де­талью. При установке на месте экрана кассеты с фотопластинкой или пленкой получают снимок исследуемого объекта. С помощью рентгеновского контроля можно обнаружить даже микроскопические дефекты внутри детали.

Метод радиоактивных изотопов (меченых атомов). В металлургии и металловедении радиоактивные изотопы применяют для разных целей. Например, в шлак вводят радиоактивные изотопы фосфора, серы, марганца и изучают скорость перехода этих элементов в металл и скорость восстановления их равновесного распределения между металлом и шлаком в металлургических плавках при изменении температуры или состава шлака. Введение радиоактивного углерода в железо при цементации позволяет изучить скорость диффузии и распределения углерода в нем.

Для выявления распределения олова в никеле в жидкий сплав добавляют радиоактивное олово; затвердевший сплав кладут на кассету с фотопластинкой и после соответствующей выдержки пластинку проявляют. По распределению потемнений видно, что радиоактивное, а с ним и обычное олово окаймляет зерна никеля.

Радиоактивные изотопы помогают следить за износом кладки металлургических печей, деталей машин и т. д.

Вопрос 7 Дайте определение понятиям «металлический сплав», «фаза», «система сплава». Перечислите структурные образования при кристаллизации сплавов. Охарактеризуйте структуры сплавов. Назовите и расшифруйте марки материалов: 50ХГА; ВК10; Сталь 60; ШХ12; БрА10Мц2Л.

В машиностроении чистые металлы не находят широкого применения, так как в большинстве случаев не обеспечивают требуемого комплекса механических и технологических свойств, высокой стоимости и ограниченности запасов сырья.

· Сплавы - это машиностроительные материалы, получаемые плавлением, спеканием, электролизом, восстановлением из оксидов и другими методами.

· Металлический сплав – это сложное соединение, состоящее из двух или более металлов или металлов и неметаллов, обладающее характерными свойствами металлов. Простые элементы, образующие сплав, называют компонентами сплава.

Компонентами могут быть элементы (металлы и неметаллы) или устойчивые химические соединения.

Сплавы могут быть двойными, тройными и т.д. в зависимости от числа компонентов, входящих в их состав.

Свойства сплава определяются составом и соотношением фаз, которые образуются в результате взаимодействия компонентов.

Фазой называется физически и химически однородная часть системы (металла или сплава), имеющая одинаковый состав, строение, одно и то же агрегатное состояние и отделенная от остальных частей системы поверхностью раздела.

Системой сплава называется совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температура, давление).

Система может быть простой, если она состоит из одного элемента, и сложной, если состоит из нескольких элементов.

Так, жидкий металл (сплав) является однофазной системой. Смесь двух различных по составу и строению кристаллов, разграниченных поверхностью раздела, или одновременное присутствие жидкого металла (сплава) и кристаллов представляет двухфазную систему.

· В зависимости от природы компонентов, составляющих сплав, при его кристаллизации могут образовываться следующие структуры: механические смеси, твердые растворы, химические соединения. От этого зависят и свойства сплавов.

Механическая смесь – это структура сплава, в котором кристаллы одного компонента А расположены между кристаллами другого В и различаются при рассмотрении под микроскопом. При этом каждый компонент сохраняет свою кристаллическую решетку. Механические смеси обладают хорошими литейными свойствами.

Твердый раствор - это структура сплава, состоящая из компонентов, один из которых, сохраняя кристаллическую решетку, является растворителем, а другой распределен в решетке и является растворенным веществом.

Твердые растворы не отличаются постоянным химическим составом и в зависимости от распределения компонентов в кристаллической решетке различают твердые растворы внедрения и замещения.

Если атомы растворенного компонента располагаются в междоузлиях кристаллической решетки растворителя, образуется твердый раствор внедрения (сплавы железа с углеродом).

При замещении части атомов растворителя на атомы растворяемого компонента образуется твердый раствор замещения (медно-никелевые, железохромистые и др. сплавы).

В обоих случаях исходные размеры кристаллической решетки металла, являющегося растворителем, изменяются. Искажение кристаллической решетки обуславливает изменение свойств сплава по сравнению со свойствами растворителя. Образование твердых растворов приводит к увеличению электрического сопротивления, коррозионной стойкости и, как правило, снижает пластичность и вязкость материалов.

Главным условием образования твердого раствора является соответствие размеров атома внедрения и поры кристаллической решетки растворителя.

Эти растворы образуются в сплавах металлов с решеткой ОЦК или ГЦК. Типичным примером растворов такого типа является твердый раствор углерода в гамма- железе и альфа-железе. В альфа-железе углерод имеет незначительную растворимость – до 0,02 %, в гамма-железе – до 2,14%.

Химическое соединение – это структура сплава, которая имеет однородную структуру и кристаллическую решетку и состоит из атомов обеих элементов, но в отличие от твердого раствора химическое соединение имеет постоянный состав, который может быть выражен химической формулой, и новую, особую кристаллическую решетку. Например, цементит Fe₃C.

Атомы каждого компонента в такой решетке находятся в строго определенном числе и расположены всегда одинаково. От структуры сплава, наличия в нем тех или иных составляющих зависит выбор сплавов для различных деталей машин и технологических процессов.

Химические соединения обладают большой твердостью и высоким электрическим сопротивлением, но весьма хрупки и непригодны для обработки давлением.

Вопрос 8 Назовите структурные составляющие диаграммы состояния Fe-Fe₃C. Дайте им определения. Опишите основные линии и точки диаграммы. Назовите и расшифруйте марки материалов: ВСт3сп; 15Х25Т; БрО4Ц7С5; Сталь18кп; У12.

При изучении структуры чугуна и стали строят диаграммы состояния. Это графические изображения, дающие наглядное представление о кристаллизации и превращениях, совершающихся при их нагреве и охлаждении.

Диаграмма состояния дает представление о свойствах сплавов с разной концентрацией компонентов, так как все свойства определяются структурой (внутренним строением) сплава.

Точка А соответствует температуре плавления чистого железа (1539 °С), а точка D – температуре плавления цементита (1550 – 1600°С). Процесс кристаллизации спл

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: