«Материаловедение.Технология конструкционных материалов»
1.Атомно-кристалическая структура металлов.
Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов в кристалле. Кристалл состоит из атомов (ионов), расположенных в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях. Наименьший комплекс атомов, который при многократном повторении в пространстве позволяет воспроизвести пространственную кристаллическую решётку, называют элементарной ячейкой.
Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определённым порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решётка.
Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.
Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа;
примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;
базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;
объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;
гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней
Основными типами кристаллических решёток являются:
1.Объемно
- центрированная кубическая (ОЦК) (см.
рис.1.а), атомы располагаются в вершинах
куба и в его центре (V, W, Ti, 
)
2.Гранецентрированная
кубическая (ГЦК) (см. рис. 1.б), атомы
рассполагаются в вершинах куба и по
центру куждой из 6 граней (Ag, Au, 
)
3.Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:
простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);
плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (см.рис. 1.в)(цинк).
Рис .1. Основные типы кристаллических решеток: а – объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная:
Анизотропия металлов.
Вследствие неодинаковой плотности атомов в различных плоскостях и направлениях решётки многие свойства отдельно взятого кристалла (химические, физические, механические) по данному направлению отличаются от свойств в другом направлении и, естественно, зависят от того, сколько атомов встречается в этом направлении. Различие свойств в зависимости от направления испытания носит название анизотропии. Все кристаллы анизотропны. Анизотропия – особенность любого кристалла, характерная для кристаллического строения.
Технические металлы являются поликристаллами, т.е. состоят из совокупности кристаллитов с различной ориентацией. При этом свойства во всех направлениях усредняются.
Процессы кристаллизации металлов.
Кристаллизация – это процесс образования участков кристаллической решетки в жидкой фазе и рост кристаллов из образовавшихся центров.
Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.
Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время – температура. Кривая охлаждения чистого металла представлена на рис. 2.
Рис.2. Кривая охлаждения чистого металла
–
теоретическая температура кристаллизации;
.
–
фактическая температура кристаллизации.
Процесс кристаллизации чистого металла:
До точки 1 охлаждается металл в жидком состоянии, процесс сопровождается плавным понижением температуры. На участке 1 – 2 идет процесс кристаллизации, сопровождающийся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Оно компенсирует рассеивание теплоты в пространство, и поэтому температура остается постоянной. После окончания кристаллизации в точке 2 температура снова начинает снижаться, металл охлаждается в твердом состоянии.
Процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов. Первый процесс заключается в зарождении мельчайших частиц кристаллов, которые называются зародышами или центрами кристаллизации. Второй процесс состоит в росте кристаллов из этих центров.
Модель кристаллизации металла в первые 7 секунд охлаждения представлена кинетической кривой кристаллизации (рис.3).
Рис. 3. Кинетическая кривая кристаллизации
По мере развития кристаллизации в нем участвуют все большее и большее число кристаллов. Поэтому процесс вначале ускоряется, пока в какой-то момент взаимное столкновение растущих кристаллов начинает заметно препятствовать их росту. Рост кристаллов замедляется еще и потому, что количество жидкости, в которой образуются новые кристаллы, становится все меньше. В процессе кристаллизации, пока кристалл окружен жидкостью, он часто имеет правильную форму, но при столкновении и срастании кристаллов их правильная форма нарушается. Внешняя форма кристалла оказывается зависимой от условий соприкосновения растущих кристаллов. Вот почему кристаллы металла - зерна (кристаллиты) не имеют правильной формы.
Скорость всего процесса кристаллизации количественно определяется двумя величинами: скоростью зарождения центров кристаллизации и скоростью роста кристаллов (рис.4).
Рис. 4. Зависимость скорости кристаллизации (СК) и скорости зарождения центров кристаллизации (ЧЦ) от степени переохлаждения
Величины оптимального переохлаждения до достижения максимальной скорости кристаллизации (СК) и до образования максимального числа центров кристаллизации (ЧЦ) не совпадают.
Размер образовавшихся кристаллов зависит от соотношения СК и ЧЦ. При большом значении СК и малом значении ЧЦ образуется мало крупных кристаллов. При малых значениях СК и больших ЧЦ образуется большое число мелких кристаллов.
Аллотропия металлов(полиморфизм).
Способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий (давление, температура) называется аллотропией или полиморфизмом.
Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение или модификацию.
Аллотропические формы обозначаются греческими буквами , , и т.д., которые в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Аллотропическая форма при самой низкой температуре, обозначается буквой , следующая - и т. д.
Явление полиморфизма основано на едином законе об устойчивости состояния с наименьшим запасом энергии. Запас свободной энергии зависит от температуры. Поэтому в одном интервале температур более устойчивой является одна модификация, а в другом – другая. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название температуры полиморфного (аллотропического) превращения.
Механизм роста кристаллов новой фазы может быть нормальным кристаллизационным и мартенситным. Нормальный механизм роста – это зарождение новой фазы на границах зерен, блоков, фрагментов при малых степенях переохлаждения (Sn Sn).
Мартенситный механизм реализуется при низких температурах и большой степени переохлаждения, при малой диффузионной подвижности атомов путем их сдвига (смещения) по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям. Новая фаза имеет форму игл и растет очень быстро (Co Co).
Аллотропическое превращение сопровождается изменением свойств, объема и появлением внутренних напряжений.
Примером аллотропического видоизменения в зависимости от температуры является железо (Fe).
Fe:
–
ОЦК - ;
–
ГЦК - 
;
–
ОЦК - 
;
(высокотемпературное
)
Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления, является углерод: при низких давлениях образуется графит, а при высоких – алмаз.
2.Диаграмма «железо-цементит».
Особенности диаграммы определяются полиморфизмом железа и углерода, а также ферромагнетизмом железа:
- от 1539 – 1392 оС железо имеет решетку ОЦК, такая модификация железа называется (Fe);
- от 1392 – 911 оС железо имеет решетку ГЦК, такая модификация железа называется (Fe);
- ниже 911 оС железо имеет решетку ОЦК, такая модификация называется (Fe);
- при температуре 768 оС железо теряет магнитные свойства, и эта температура называется точкой Кюри.
В каждой модификации железа растворяется строго определенное количество углерода с образованием твердых растворов внедрения:
- - феррит – раствор углерода в (Fe) с ОЦК решеткой. Максимальная растворимость углерода в (Fe) составляет 0,1 % при температуре 1499 оС;
- аустенит – твердый раствор углерода в (Fe) с ГЦК решеткой. Максимальная растворимость углерода в (Fe) составляет 2,14 % при температуре 1147 оС;
- - феррит – твердый раствор углерода в (Fe) с ОЦК решеткой. Максимальная растворимость углерода в (Fe) составляет 0,025 % при температуре 727 оС.
Кроме указанных выше твердых растворов в системе Fe – С образуются две высокоуглеродистые фазы:
- цементит – химическое соединение Fe3С со сложной орторомбической решеткой, которое содержит 6,67 % углерода и имеет температуру плавления Тпл = 1260 оС . Эта фаза метастабильная, способная к распаду (Fe3С 3Fe + Сгр);
- графит – модификация углерода с ГПУ решеткой. Эта фаза стабильная, состоит на 100 % из углерода и имеет температуру плавления Тпл = 3600 оС.
В дополнение к фазам в виде твердых растворов на диаграмме имеются области существования механических смесей:
- перлит – механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита, содержащая 0,8 % С (рис. 5, точка S);
- ледебурит – механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита в интервале температур 1147 – 727 оС или перлита и цементита при температурах ниже 727 оС, содержащая 4,3 % углерода (рис. 5, точка С).
Сплошными линиями изображена диаграмма «железо-цементит», штриховыми – диаграмма Fe – С (рис.5). Основной является диаграмма «железо-цементит». Однофазные области диаграммы:
выше линии ABCD (линия ликвидус) – жидкость (L);
область AHN – область - феррита;
область NJESG – область аустенита;
область GPQ – область - феррита;
линия LD или KD – область цементита Fe3C.
Остальные области диаграммы (рис. 5) – двухфазные: ледебурит, перлит и их комбинации.
Характеристика линий и точек диаграммы «железо-цементит»:
Линия АВСD - линия ликвидус – линия начала кристаллизации сплава и состоит она из трех частей:
AB – начало образования - феррита;
BC – начало кристаллизации аустенита;
CD – начало кристаллизации цементита Fe3C.
Линия AHJECF – линия солидус – линия конца кристаллизации сплава и состоит она из нескольких частей:
AH – конец кристаллизации - феррита;
JE – конец кристаллизации аустенита;
HJB - линия перитектического превращения:
Жв + FeH 1499 FeJ или ЖВ + ФH 1499 A аусJ
ECF – линия эвтектического превращения:
Жс 1147 Е + Fe3CF или Жс 1147 АЕ + ЦI
Остальные линии соответствуют превращениям в твердом состоянии:
NH и NJ (А4) – линии начала и конца полиморфного превращения Fe Fe;
- GS (А3) и GP – линии начала и конца полиморфного превращения Fe Fe;
ES(Аст) – линия выделения вторичного цементита из аустенита (Fe3CII) за счет изменения растворимости углерода в -железе. Эта линия называется линия сольвиус;
PQ – линия выделения третичного цементита (Fe3CIII) за счет изменения растворимости углерода в - железе;
PSK (А1) – линия эвтектоидного превращения во всех сплавах независимо от содержания углерода:
FeS 727 FeP + Fe3Ck или Ауст ФР + ЦII
KD – линия существования химического соединения Fe3C (цементит);
MO (А2) – 768 оС - линия магнитного превращения феррита (потеря магнитных свойств железа).
Физический смысл точек диаграммы:
A – температура плавления и кристаллизации чистого железа;
B – перитектическая точка;
C – эвтектическая точка;
D – температура плавления и кристаллизации цементита;
N и G - температуры полиморфных превращений чистого железа;
H – предельная растворимость углерода в - железе;
E – предельная растворимость углерода в - железе;
S – эвтектоидная точка;
P и Q – точки предельной растворимости углерода в - железе;
M – точка магнитного превращения железа (точка Кюри).
А1, А2, А3, А4 – принятые условные обозначения фазовых превращений.
Практическое применение диаграммы «железо-цементит»:
определить температуры фазовых превращений (плавления, кристаллизации, полиморфных превращений, температуры растворимости фаз;
определить температурные интервалы термической обработки, горячей и холодной обработки металлов давлением.
рис.
5. диаграмма «железо-цементит»:
3.Формовочные смеси.
Формовочная смесь-это многокомпонентная смесь формовочных материалов,соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм.
Формовочные смеси по характеру использования делят на облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь – это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.
Наполнительная смесь – это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка и глины). Облицовочные и наполнительные смеси используют при изготовлении крупных и сложных отливок.
Единая смесь – это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке и на автоматических линиях вы серийном и массовом производствах. Единые смеси изготавливают из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность.
Для получения качественных форм и годных отливок формовочные смеси должны обладать технологическими свойствами, отвечающими определенным требованиям:
Для хорошего уплотнения формовочной смеси в опоке большое значение имеет пластичность смеси - способность деформироваться под действием приложенных внешних усилий или собственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность формовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность.
Литейная форма должна обладать достаточной прочностью, чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать определенной прочностью - способностью сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.
Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку, качество и длительность перемешивания смеси в смесителях. С сыпучестью связана комкуемость - способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь должна иметь хорошую сыпучесть - минимальную комкуемость.
Большое значение имеет поверхностная прочность - сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемостью.
В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагреваются металлом до высоких температур, равных практически температуре металла, поэтому формовочные материалы должны обладать высокой огнеупорностью(рис. 6). Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным материалам.
Огнеупорность- способность смеси сопротивляться размягчению или расплавлению под действием высокой температуры жидкого металла - зависит от огнеупорности составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых смесей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь.
В процессе заливки формы металлом органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки), сгорают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое количество паров. Способность смеси выделять газы при заливке называется газотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому она должна иметь достаточную газопроницаемость.
Газопроницаемость - свойство смеси пропускать через себя газы – зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газопроницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, угля, степени уплотнения и т. п. Чем больше пыли в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром газообразовании и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа превышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины.
В процессе затвердевания и охлаждения размеры отливки уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препятствует усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь должно обладать податливостью - способностью сокращаться в объеме и перемещаться под действием усадки отливки.
Высокая прочность и газопроницаемость формовочной смеси обеспечиваются однородностью – равномерным распределением в формовочной смеси составляющих компонентов в результат тщательного перемешивания.
Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилипаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее.
Гигроскопичность -способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха - зависит от свойств связующей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым раковинам.
Долговечность - способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.
Выбиваемость — способность стержневой смеси легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки - зависит от количества песка, глины и вида связующего в стержневых смесях.
Рис. 6 Огнеупорные материалы
|
|
|
Классификация по огнеупорности по огнеупорности
|
|
|
Наименование материала
|
Химическая формула
|
Наименование класса
|
Температурный предел, °С |
|
Тальк Пирофиллит Ставролит
|
ЗМg0*4SiO2 *Н20 А120з*4SiO2 Н20 2А120з*2SiO2 FeO* Н20 |
Мало огнеупорные
|
до 1580
|
|
Кварцевый песок Пылевидный кварц Плавленый кварц Шамот Хромит
|
SiO2
Cмесь А12О3 и SiO2 Сг2Оз*FеО
|
Огнеупорные
|
1580— 1770
|
|
Магнезит |
MgСО3 |
Высокоогнеупорные
|
1770— 2000 |
|
Дистенсиллиманит |
А120з*SiO2
|
|
|
|
Оливин |
2(А1,Fе)О*SiO2 |
|
|
|
Дунит |
ЗМgО -2Si О 2 *2Н2О
|
|
|
|
Хромомагнезит |
Смесь Сг2О3 и МgО |
Высшей огнеупорности
|
выше 2000
|
|
Электрокорунд Циркон
|
Al2О3 (плавленая) Zг02 *Si02
|
||
|
|
|
|
Специальные добавки предназначены для улучшения технологических и рабочих свойств смесей и отделочных материалов. С этой целью в формовочные смеси дополнительно вводят молотый каменный уголь, мазут, древесные опилки, торфяную или асбестовую крошку, различные поверхностно-активные вещества и другие материалы.
Приготовление формовочных смесей состоит в смешивании предварительно подготовленных составляющих на специальном оборудовании (бегуны, шнековые смесители и т. п.).
Составы и уровни свойств смесей назначают в зависимости от характера технологического процесса.
Модельная оснастка.
Модельной оснасткой - называют разнообразные приспобления и инструменты, используемые для изготовления литейной формы, а в дальнейшем - для изготовления отливки. Например: модели, стержневые ящики, каркасы, элементы литниковой системы. Часто под определением модельная оснастка подразумевают собственно модельный комплект. Разработкой и изготовлением модельно-литейной оснастки занимаются специализированные модельные производства. К прогрессивным технологиям, используемым для изготовления модельной оснастки относится 3D-моделирование (трёхмерное моделирование). В модельном производстве применяются самые разные материалы при изготовлении оснастки для ручной и машинной формовки (деревянная модельная оснастка, модельная оснастка из пенополистирола, модельная оснастка из стеклопластика, оснастка из модельных пластиков).
Модельный комплект — это совокупность приспособлений, предназначенных для изготовления стержней и получения рабочих полостей в литейной форме; включает литейную модель, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы, шаблоны и каркасные щитки.
Литейная модель образует рабочую полость формы, заданной конфигурации и геометрических размеров; бывает неразъемной, не имеющей разъема и отъемных частей в плоскости разъема формы, разъемной, сплошной, пустотелой, комбинированной из сплошных и пустотелых частей, сборной, состоящей из отдельных частей, скрепленных различными способами.
Стержневой ящик служит для изготовления в нем стержня заданной конфигурации и геометрических размеров; бывает неразъемный (вытряхной, выбивной) и разъемный, имеющий плоскости разъема стенок, сочлененных различными способами.
Модели литниковой системы образуют в литейной форме каналы для подвода жидкого металла в ее полость.
Каркасный щиток — приспособление для изготовления литьем стрежневого каркаса заданной конфигурации и геометрических размеров.
Формовочным шаблоном образуют полость литейной формы, имеющую, как правило, форму окружности.
Стержневой шаблон предназначен для изготовления литейных стрежней или их части без использования стержневого ящика.
Сборочный и контрольный шаблоны — это приспособления, позволяющие соответственно контролировать правильность установки стержней в форму и проверять геометрию формы, стержня, готовой отливки.
Модельные комплекты, классифицируют по способу изготовления литейной формы, габаритным размерам, сложности конструкции и роду материала.
По способу изготовления литейной формы разделяют модельные комплекты для машинной и ручной формовки.
Для ручной формовки модели могут иметь один-два и более разъемов, а также отъемные части.
Для машинной формовки целесообразней иметь модели более простой конфигурации, без отъемных частей, с одним разъемом.
По величине габаритных размеров модельные комплекты бывают мелкие, средние и крупные. Мелкие модели и стержневые ящики имеют максимальный габаритный размер до 500 мм, средние — 500—1500 мм, крупные— свыше 1500 мм.
По сложности конструкции модельные комплекты классифицируют на простые, средней сложности и сложные, Простые — это неразъемные или разъемные мелкие и средние модели и стержневые ящики, имеющие прямолинейную или цилиндрическую форму. Количество стержневых ящиков в модельном комплекте один-два; в нем отсутствуют «фальшивки», щитки и шаблоны. Модели не имеют бобышек, взаимно пересекающихся отверстий, а также переплетений ребер.
К модельным комплектам средней сложности относятся неразъемные или разъемные модели и стержневые ящики любого габаритного размера. Стержневые ящики и контуры моделей имеют несложные переходы, не требующие их выполнения по шаблонам с использованием ручного инструмента. В модельный комплект входят «фальшивки», щитки, прямолинейные и с незначительными искривлениями шаблоны. На моделях имеются бобышки, взаимно пересекающиеся отверстия и прямолинейные ребра.
Сложные модельные комплекты — это модели и стержневые ящики любых габаритных размеров, имеющие сложные контуры, а также криволинейные переходы, выполняемые по шаблонам с применением ручного инструмента. Модели и стержневые ящики имеют бобышки, знаковые части, взаимно пересекающиеся отверстия, прямолинейные и криволинейные ребра. В модельный комплект обязательно входят щитки и шаблоны.
По роду материала, применяемого для изготовления модельных комплектов, их классифицируют на деревянные, металлические и неметаллические (пластмассовые, гипсовые, пенополистироловые и др.). Материал для модельного комплекта выбирают в зависимости от типа производства и серийности заказа на изготовление отливок.
Модельные комплекты изготовляют по рабочим чертежам деталей с нанесенной на них литейной технологией. Для обработки древесины в модельных цехах применяют деревообрабатывающие станки; заготовки и детали металлических и неметаллических (пластмассовых) модельных комплектов обрабатывают на металлорежущих станках.
Модельный комплект должен удовлетворять следующим основным требованиям:
Обеспечивать получение отливки определенной геометрической формы и размеров;
Обладать высокой прочностью и долговечностью, т.е. обеспечивать изготовление необходимого числа форм и стержней;
Быть технологичным в изготовлении;
Обладать минимальной массой и быть удобным в эксплуатации;
Иметь минимальную стоимость с учетом стоимости ремонта;
Сохранять точность размеров и прочность в течение определенного времени эксплуатации.
Требуемые точность, прочность и долговечность модельного комплекта зависят от условий производства единичного, серийного, массового. В единичном и мелкосерийном производстве чаще всего используют деревянные модельные комплекты; в массовом и крупносерийном производстве - металлические модельные комплекты, которые хотя и дороже, но значительно долговечнее деревянных.
Технология.
Технико-экономические характеристики и область применения.
Отливки
широко применяют в машиностроении,
металлургии и строительстве.Можно
получать отливки различной массы (от
нескольких граммов до сотен тонн),
простой и сложной формы из чугуна, стали,
сплавов меди и алюминия, цинка и магния
и т.д. Особенно эффективно применение
отливок для получения фасонных изделий
сложной конфигурации, которые невозможно
или экономически нецелесообразно
изготавливать другими методами обработки
металлов (давлением, сваркой, резанием),
а также для получения изделий из
малопластичных металлов и сплавов.
При
всем разнообразии приемов литья,
сложившихся за длительный период
развития его технологии, принципиальная
схема технологического процесса литья
практически не изменилась за более чем
70 веков его развития и включает четыре
основных этапа: плавку металла,
изготовление формы, заливку жидкого
металла в форму, извлечение затвердевшей
отливки из формы.
До
середины прошлого столетия литейный
способ считался одним из важнейших
методов получения фасонных заготовок.
Масса литых деталей составляла около
60 % от массы тракторов и сельскохозяйственных
машин, до 70 % - прокатных станов, до 85 % -
металлорежущих станков и полиграфических
машин. Однако наряду с такими достоинствами
литейного производства, как относительная
простота получения и низкая стоимость
отливок (особенно из чугуна), возможность
изготовления сложных деталей из хрупких
металлов и сплавов, он имеет и ряд
существенных недостатков: прежде всего
довольно низкая производительность
труда, неоднородность состава и пониженная
плотность материала заготовок, а
следовательно, и их более низкие, чем
заготовок, полученных обработкой
давлением, прочностные характеристики.
Основными
направлениями экономического развития
предусматривается значительное ускорение
развития машиностроения. Немалый вклад
в решение поставленных задач может
внести реконструкция и модернизация
литейного производства, замена устаревшего
оборудования высокопроизводительными
литейными автоматами и полуавтоматами,
робототехническими комплексами. Большой
резерв экономии металла, снижения
материалоемкости продукции машиностроения
состоит в увеличении доли литья из
легированных сталей и высокопрочного
чугуна, а также точного литья, получаемого
специальными способами.
Основными технико-экономическими
показателями работы литейных цехов
являются: годовой выпуск отливок в
тоннах; выпуск отливок на одного
работающего (производственного); съем
литья с 1кв.м производственной площади
цеха; выход годного металла (в процентах
от массы металлозавалки и жидкого
металла); доля брака литья (в процентах),
уровень механизации; доля литья,
получаемого специальными способами;
себестоимость 1т литья.
В
структуре себестоимости литья основную
долю составляют затраты на металл (до
80%). Производя технико-экономический
анализ литейного производства, особое
внимание необходимо обращать на те
стадии и элементы технологического
процесса, которые непосредственно
связаны с возможными потерями металла
на угар, разбрызгивание, брак и т.
п.
Себестоимость
литья зависит от объема производства,
уровня механизации и автоматизации
технологических процессов.
4.Расшифруйте марки легированных сталей.Состав и свойства сталей.
Сталь 09Г2 -сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций
Применение: стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций и другие детали, работающие при температуре от —40 до +450 С.
Температура ковки,С : начала 1250 ,конца 850 .
Свариваемость : сваривается без ограничений; способы сварки: РДС,АДС под флюсом и газовой защитой,ЭШС.
Склонность к отпускной хрупкости : несклонна.
Флокеночувствительность : не чувствительна.
Химический состав стали в % :
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
N |
Cu |
As |
|
до 0.12 |
0.17 - 0.37 |
1.4 - 1.8 |
до 0.3 |
до 0.04 |
до 0.035 |
до 0.3 |
до 0.008 |
до 0.3 |
до 0.08 |
Сталь 20Х - сталь конструкционная легированная
Применение: втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.
Температура ковки,С : начала 1260 ,конца 750.
Свариваемость : сваривается без ограничений(кроме химко-термически обработанных деталей); способы сварки: РДС,КТС без ограничений.
Обрабатываемость резанием : в горячее катаном состоянии.
Склонность к отпускной хрупкости : несклонна.
Флокеночувствительность : малочувствительна.
Химический состав стали в % :
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
|
0.17 - 0.23 |
0.17 - 0.37 |
0.5 - 0.8 |
до 0.3 |
до 0.035 |
до 0.035 |
0.7 - 1 |
до 0.3 |
Сталь 38ХН3МФА - сталь конструкционная легированная
Применение: наиболее ответственные тяжелонагруженные детали, работающие при температурах до 400 °С.
Температура ковки,С : начала 1200 ,конца 900.
Свариваемость : трудносвариваемая,неприменяется для сварных конструкций.
Склонность к отпускной хрупкости : малосклонна.
Флокеночувствительность : сильно чувствительна.
Химический состав стали в % :
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Mo |
V |
Cu |
|
0.33 – 0.4 |
0.17 – 0.37 |
0.25 – 0.5 |
3 – 3.5 |
до 0.025 |
до 0.025 |
1.2 – 1.5 |
0.35 – 0.45 |
0.1 – 0.18 |
до 0.3 |
Сталь 38ХМЮА - Сталь жаропрочная релаксационностойкая
Применение: азотируемые детали: шестерни, валики, пальцы, втулки и т.д., работающие при температурах до 450 град.
Температура ковки,С : начала 1240 ,конца 800.
Свариваемость : неприменяется для сварных конструкций.
Обрабатываемость резанием :в закалённом и отпущенном состоянии
Склонность к отпускной хрупкости : несклонна.
Флокеночувствительность : чувствительна.
Химический состав стали в % :
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Mo |
Al |
Cu |
|
0.35 - 0.42 |
0.2 - 0.45 |
0.3 - 0.6 |
до 0.3 |
до 0.025 |
до 0.025 |
1.35 - 1.65 |
0.15 - 0.25 |
0.7 - 1.1 |
до 0.3 |
Сталь ХГС - Сталь инструментальная легированная
Применение: для валков холодной прокатки, холодновысадочных матриц и пуасонов, вырубных штампов небольших размеров (диаметром или толщиной до 70 мм).
Повышенная прокаливаемость.
Химический состав стали в % :
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
|
0.95 - 1.05 |
0.4 - 0.7 |
0.85 - 1.25 |
до 0.35 |
до 0.03 |
до 0.03 |
1.3 - 1.65 |
до 0.3 |
Сталь 40Х13 - Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная
Применение: пружины для работы при температурах до 400-450°С. Рессоры, шариковые подшипники, режущий и мерительный инструмент; сталь мартенситного класса.
Температура ковки,С : начала 1200 ,конца 850
Свариваемость : неприменяется для сварных конструкций.
Обрабатываемость резанием : в закалённом и отпущенном состоянии.
Жаростойкость : стойкая при длительном сроке службы до 600-650°С.
Химический состав стали в % :
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
|
0.35 - 0.44 |
до 0.6 |
до 0.6 |
до 0.6 |
до 0.025 |
до 0.03 |
12 - 14 |
Сталь 12ДН2ФЛ - Сталь для отливок обыкновенная
Применение: лито-сварные и комбинированные конструкции, ответственные нагруженные детали, к которым предъявляются требования достаточной прочности и вязкости, работающие под действием статических и динамических нагрузок при температуре до 400 °С.
Свариваемость : хорошо сваривается РДС.
Линейная усадка : 1,9 %
Химический состав стали в % :
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
V |
Cu |
|
0.08 - 0.16 |
0.2 - 0.4 |
0.4 - 0.9 |
1.8 - 2.2 |
до 0.035 |
до 0.035 |
до 0.3 |
0.08 - 0.15 |
1.2 - 1.5 |
5.Ручная электродуговая сварка.
Сварка – процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных (металлических) связей между соединяемыми частями при их нагреве и расплавлении или пластическом деформировании, или того и другого вместе.
Ручная эл.дуговая сварка производится двумя способами: неплавящимся и плавящимся электродом. Второй способ, выполняемый плавящимся электродом, является основным при ручной дуговой сварке (рис. 7).
Рис. 7. Схема ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием.
1
- стержень электрода
2
- покрытие электрода
3
- основной металл
4
- сварной шов
5
- твердая шлаковая корка 6 - электрическая
дуга
7
- газовая защитная атмосфера
8
- жидкая металлическая ванна
9
- жидкая шлаковая ванна
10
- источник тока
Ручная эл.дуговая сварка производится сварочными электродами, которые вручную подаются в дугу и перемещаются вдоль заготовки. В результате сварки покрытым металлическим электродом – дуга горит между основным металлом и стержнем электрода.Стержень электрода подвергается плавке, и расплавленный металл капает в металлическую ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, способствуя образованию вокруг дуги газовой защитной атмосферы и жидкой шлаковой ванны на поверхности расплавленного металла. Вместе шлаковая и металлическая ванны образуют сварочную ванну. Благодаря движению дуги сварочная ванна затвердевает и появляется сварочный шов. После охлаждения жидкого шлака образуется твердая шлаковая корка.
Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень производят из сварочной проволоки высокого качества. Проволоку для сварки всех марок разделяют на 3 вида в зависимости от состава: низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная.
Ручная сварка применяется при выполнении криволинейных и коротких швов в различных расположениях – вертикальном, потолочном, нижнем, горизонтальным, при создании швов в труднодоступных местах, а также при сборке конструкций сложной формы и монтажных работах. Ручная сварка дает отличное качество сварных швов, но имеет более низкую производительность, по сравнению, например, с автоматической дуговой сваркой под флюсом.
Как правило, производительность процесса зависит от сварочного тока. Но при ручной сварке покрытыми электродами ток ограничен, так как его повышение сверх установленного параметра является причиной отслаивания покрытия, разогрева стержня электрода, сильного разбрызгивания и угара плавящегося металла.
Источники питания,применяемые при различных видах электродуговой сварки.
Источники питания могут быть подразделены на две группы: источники питания переменным током (сварочные трансформаторы) и источники питания постоянным током (выпрямители и сварочные генераторы).
Для сварки на переменном токе применяются специальные сварочные трансформаторы. Такие трансформаторы могут изготавливаться как с отдельным дросселем, обеспечивающим создание падающей внешней характеристики, так и объединённым с дросселем.
Изменение сопротивления дросселя, а значит и силы сварочного тока осуществляется изменением величины воздушного зазора в цепи магнитопровода регулятора (дросселя).
Кроме сварочных трансформаторов с дросселями в настоящее время для сварки на переменном токе применяются трансформаторы с подвижной обмоткой и трансформаторы с магнитным шунтом; эти трансформаторы, как и вышеописанные, обеспечивают получение падающей внешней характеристики. Падающая внешняя характеристика источника питания необходима,как для ограничения токов короткого замыкания, которыми всегда сопровождается процесс сварки до величины, обеспечивающей безопасность сварочного оборудования, так и для устойчивого горения дуги.
Выпрямительные сварочные установки собираются из полупроводниковых элементов – вентилей. Полупроводниковый вентиль обладает свойством проводить ток только в одном направлении (прямом). В прямом направлении электропроводность вентиля очень высока, в обратном же направлении полупроводниковый вентиль почти не пропускает электрический ток, так как его производимость крайне мала.Сварочный выпрямитель состоит из двух основных узлов : трансформатора с соответствующим регулирующим устройством и блоком вентилей .
В сварочных выпрямителях используются преимущественно кремниевые и селеновые вентили, причём кремниевые нашли применение главным образом для выпрямителей с падающими внешними характеристиками.
Выпрямители могут быть однофазными и трёхфазными.