Стали особовысококачественные

Легированные инструментальные стали повергаются электрошлаковому переплаву позволяющему получить максимальную степень очистки от сульфидов и оксидов. Стали производятся в электропечах методами специальной металлургии. Полученные стали обладают специальными свойствами, в зависимости от сферы применения. Из них изготавливают особо ответственные узлы и детали машин, авиационной косметической отрасли, особо нагруженные механизмы, детали, работающие в экстремальных температурных, химических, физических условиях и средах.

21. Цветные металлы и сплавы

Сплавы цветных металлов применяют для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды, подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы.

Медь— металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и стойкостью против атмосферной коррозии. Прочность невысокая: ав = 180......240 МПа при высокой пластичности б>50%.

Латунь — сплав меди с цинком (10...40 %), хорошо поддается холодной прокатке, штамповке, вытягиванию <7ь = 25О...4ОО МПа, 6=35..15%. При маркировке лату-ней (Л96, Л90,..., Л62) цифры указывают на содержание меди в процентах. Кроме того, выпускают латуни многокомпонентные, т. е. с другими элементами (Мп, Sn, Pb, Al).

Бронза — сплав меди с оловом (до 10%), алюминием, марганцем, свинцом и другими элементами. Обладает хорошими литейными свойствами (вентили, краны, люстры). При маркировке бронзы Бр.ОЦСЗ-12-5 отдельные индексы обозначают: Бр — бронза, О — олово, Ц — цинк, С —свинец, цифры 3, 12, 5-—содержание в процентах олова цинка, свинца. Свойства бронзы зависят от состава: бв=15О...21О МПа, б=4...8%, НВ60 (в среднем).

Алюминий — легкий серебристый металл, обладающий низкой прочностью при растяжении — аа = 80......100 МПа, твердостью — НВ20, малой плотностью — 2700 кг/м3, стоек к атмосферной коррозии. В чистом виде в строительстве применяют редко (краски, газооб-разователи, фольга). Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки (Мп, Си, Mg, Si, Fe) и используют некоторые технологические приемы. Алюминиевые сплавы делят на литейные, применяемые для отливки изделий (силумины), и деформируемые (дюралюмины), идущие для прокатки профилей, листов и т.п.

Силумины — сплавы алюминия с кремнием (до 14%), они обладают высокими литейными качествами, малой усадкой, прочностью ои = 200 МПа, твердостью НВ50...70 при достаточно высокой пластичности 6== =5...10 %. Механические свойства силуминов можно существенно улучшить путем модифицирования. При этом увеличивается степень дисперсности кристаллов, что повышает прочность и пластичность силуминов.

Дюралюмины — сложные сплавы алюминия с медью (до 5,5 %), кремнием (менее 0,8%). марганцем (до 0,8 %), магнием (до 0,8 %) и др. Их свойства улучшают термической обработкой (закалкой при температуре 500...520°С с последующим старением). Старение осуществляют на воздухе в течение 4...5 сут при нагреве на 170°С в течение 4...5 ч.

Термообработка алюминиевых сплавов основана на дисперсном твердении с выделением твердых дисперсных частиц сложного химического состава. Чем мельче частицы новообразований, тем выше эффект упрочнения сплавов. Предел прочности дюралюминов после закалки и старения составляет 400...480 МПа и может быть повышен до 550...600 МПа в результате наклепа при обработке давлением.

В последнее время алюминий и его сплавы все шире применяют в строительстве для несущих и ограждающих конструкций. Особенно эффективно применение дюралюминов для конструкций в большепролетных сооружениях, в сборно-разборных конструкциях, при сейсмическом строительстве, в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивной среде. Начато изготовление трехслойных навесных панелей из листов алюминиевых сплавов с заполнением пенопластовыми материалами. Путем введения газообразователей можно создать высокоэффективный материал пеноалюминий со средней плотностью 100...300 кг/м3

Все алюминиевые сплавы поддаются сварке, но она осуществляется более трудно, чем сварка стали, из-за образования тугоплавких оксидов АЬОз.

Особенностями дюралюмина как конструкционного сплава являются: низкое значение модуля упругости, примерно в 3 раза меньше, чем у стали, влияние температуры (уменьшение прочности при повышении температуры более 400°С и увеличение прочности и пластичности при отрицательных температурах); повышенный примерно в 2 раза по сравнению со сталью коэффициент линейного расширения; пониженная свариваемость.

Титан за последнее время начал применяться в разных отраслях техники благодаря ценным свойствам: высокой коррозионной стойкости, меньшей плотности (4500 кг/м3) по сравнению со сталью, высоким прочностным свойствам, повышенной теплостойкости. На основе титана создаются легкие и прочные конструкции с уменьшенными габаритами, способные работать при повышенных температурах.

23. Механические способы испытания металл

Механические испытания можно классифицировать по характеру приложения нагрузок во времени:

· на статические;

· динамические;

· усталостные или повторно-переменные.

Статические испытания осуществляются путем плавного возрастающего нагружения стандартного образца вплоть до его полного разрушения. При этом в любой момент можно определить с достаточной точностью значения усилия, приложенного к образцу с помощью преобразователя силы, а также измерить деформацию при помощи преобразователя перемещения или деформации.

По способу приложения нагрузок различают следующие статические испытания:

· на растяжение;

· сжатие;

· изгиб;

· кручение;

· сдвиг или срез;

· ползучесть.

Если детали подвергаются в процессе эксплуатации быстро возникающим нагрузкам и ударам, то испытания образцов статической нагрузкой не могут характеризовать работоспособность металла в этих условиях, так как он может переходить в хрупкое состояние. Недостаточное сопротивление быстро действующим нагрузкам будет особенно опасным для детали. Особенно опасны динамические нагрузки при наличии трещин. Поэтому во многих ТУ оговаривается необходимость динамических испытаний в определенных условиях.

Некоторые детали могут разрушаться при многократных, особенно знакопеременных нагрузках еще до наступления предела упругости. В связи с этим возникла необходимость испытывать образцы на установках, воспроизводящих те переменные напряжения, которые возникают при эксплуатации. Испытаниям подобного рода присвоено общее название испытаний на усталость.

24

25. Технологические свойства металлов.

Кроме физических, химических и механических свойств, металлы и сплавы обладают технологическими свойствами (жидкотекучестью, штампуемостью, обрабатываемостью режущими инструментами, прокаливаемостью и др.). Эти свойства определяют посредством упрощенных испытаний, называемых технологическими пробами.

С помощью технологических проб устанавливают способность металла принимать определенные деформации или выдерживать воздействия, подобные тем, которым он будет подвергаться при обработке или в процессе эксплуатации уже в виде изделий.

Пробы не дают цифровых показателей механических свойств металла, но часто позволяют определить очень важные качества его.

Технологические пробы осуществляются по определенным правилам и оговариваются в технических условиях. Как правило, размеры испытуемых образцов и условия их испытания должны быть для всех образцов строго одинаковые, иначе результаты испытания могут получиться различные.

В качестве показателей пригодности металла для каждого вида пробы служат характеристики, например угол загиба, число перегибов проволоки, степень навивания проволоки и т. д.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся в практике пробы.

Проба на загиб в холодном и нагретом состоянии (ОСТ 1683) дает возможность установить, может ли металл принимать заданный по размерам и форме загиб. Качество материала определяется способностью образца изгибаться на заданный угол вокруг оправки, без оправки до полного соприкосновения или до параллельности сторон.

Испытание производится плавным давлением на образец при помощи пресса или тисков с закругленными губками. Материал, выдержавший пробу, не должен иметь трещин.

Испытанию на загиб подвергаются пластичные металлы. Степень пластичности определяется способностью металла к изгибу до заданной степени (в зависимости от назначения).

Проба на навивание проволоки (ОСТ 1695) позволяет определить способность проволоки принимать заданную форму. Кусок проволоки навивают на круглый стержень (оправку) 5-10 витками. Качество проволоки определяется способностью выдерживать без повреждений навивание и развивание в холодном состоянии плотно прилегающих витков. Чем пластичнее металл проволоки, тем плотнее будет прилегать проволока к стержню. В материале испытуемого образца после навивания и развивания не должно быть трещин, отслаиваний, изломов, надрывов и других дефектов.

Проба труб на сплющивание (ГОСТ 8695-58) производится для определения качества труб по их свойству сплющиваться без повреждений под давлением пресса, молота или ударов молотка до предела, установленного техническими условиями. Длина образца выбирается равной диаметру трубы. В зависимости от технических условий испытание может производиться в холодном и горячем состояниях. Признаком того, что образец выдержал испытание, служит отсутствие в нем после сплющивания трещин или надрывов.

Проба труб на загиб (ГОСТ 3728-47) применяется для определения способности образца трубы загибаться без повреждений. Испытание состоит в том, что заполненную сухим чистым речным песком или канифолью трубу изгибают вокруг оправки на угол 90°. После загиба труба не должна иметь надрывов, трещин, отслоений и других дефектов. Диаметр оправки определяется техническими требованиями.

26.Физические свойства испытания металлов

Физические свойства. К физическим свойствам металлов и сплавов относятся: плотность, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, удельная теплоемкость, электропроводность и способность намагничиваться. Физические свойства некоторых металлов приведены в таблице:

Плотность. Количество вещества, содержащееся в единице объема, называют плотностью. Плотность металла может изменяться в зависимости от способа его производства и характера обработки.

Температураплавления. Температуру, при которой металл полностью переходит из твердого состояния в жидкое, называют температурой плавления. Каждый металл или сплав имеет свою температуру плавления. Знание температуры плавления металлов помогает правильно вести тепловые процессы при термической обработке металлов.

Теплопроводность. Способность тел передавать тепло от более нагретых частиц к менее нагретым называют теплопроводностью. Теплопроводность металла определяется количеством теплоты, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1см², длиной 1см в течение 1сек. при разности температур в 1°С.

Тепловоерасширение. Нагревание металла до определенной температуры вызывает его расширение.

Величину удлинения металла при нагревании легко определить, если известен коэффициент линейного расширения металла α. Коэффициент объемного расширения металла ß равен Зα.

Удельнаятеплоемкость. Количество тепла, которое необходимо для повышения температуры 1 г вещества на 1°С, называют удельной теплоемкостью. Металлы по сравнению с другими веществами обладают меньшей теплоемкостью, поэтому их нагревают без больших затрат тепла.

Электропроводность. Способность металлов проводить электрический ток называют электропроводностью. Основной величиной, характеризующей электрические свойства металла, является удельное электросопротивление ρ, т. е. сопротивление, которое оказывает току проволока из данного металла длиной 1м и сечением 1 мм². Оно определяется в омах. Величину, обратную удельному электросопротивлению, называют электропроводностью.

Большинство металлов обладает высокой электропроводностью, например серебро, медь и алюминий. С повышением температуры электропроводность уменьшается, а с понижением увеличивается.

Магнитные свойства. Магнитные свойства металлов характеризуются следующими величинами: остаточной индукцией, коэрцетивной силой и магнитной проницаемостью.

Остаточной индукцией (Вr) называют магнитную индукцию, сохраняющуюся в образце после его намагничивания и снятия магнитного поля. Остаточную индукцию измеряют в гауссах.

Коэрцетивной силой (Нс) называют напряженность магнитного поля, которая должна быть приложена к образцу, чтобы свести к нулю остаточную индукцию, т. е. размагнитить образец. Коэрцетивную силу измеряют в эрстедах.

Магнитная проницаемость μ характеризует способность металла намагничиваться под определяется по формуле

μ=Вr/Hc.

Железо, никель, кобальт и гадолиний притягиваются к внешнему магнитному полю значительно сильнее, чем остальные металлы, и постоянно сохраняют способность намагничиваться. Эти металлы называются ферромагнитными (от латинского слова феррум - железо), а их магнитные свойства - ферромагнетизмом. При нагреве до температуры 768°С (температура Кюри) ферромагнетизм исчезает, и металл становится немагнитным.

27. Литейное производство

Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей и заготовок путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию требуемой детали.

В процессе литья, при охлаждении металл в форме затвердевает и получается отливка — готовая деталь или заготовка, которая при необходимости (повышение точности размеров и снижения шероховатости поверхности) подвергается последующей механической обработке. В связи с этим перед литейным производством стоит задача получения отливок, размеры и форма которых максимально приближена к размерам и форме готовой детали. В машинах и промышленном оборудовании от 50%-ти до 95%-ти всех деталей изготовляют способом литья в землю.

Для изготовления отливок в разовых песчаных формах необходима специальная литейная оснастка, от конструкции и качества которой в значительной мере зависит качество и трудоемкость производства литья.

Литейная оснастка по своей роли в процессе изготовления отливок подразделяется на формообразующую (основную) и универсальную (вспомогательную).

Формообразующая оснастка представляет собой модельный комплект, в который входят: модели, стержневые ящики, элементы литниковой системы, модельные плиты, шаблоны для изготовления форм и стержней.

Модель - приспособление для получения внутренних рабочих поверхностей в литейной песчаной форме, которые после заполнения расплавом образуют отливку.

Изготовление литых изделий осуществляется из литейных сплавов, к которым относятся:

· Чугуны — серый литейный, ковкий и высокопрочный.

· Медные сплавы — латуни и бронзы.

· Алюминиевые сплавы.

· Стали — углеродистые и легированные.

· Магниевые сплавы.

В настоящее время примерно 75 % литья осуществляется из серого литейного чугуна, 20 % — из стали, 3 % — из ковкого чугуна и 2 % из цветных сплавов.

28.плавление металлов

Плавление - переход вещества из кристаллического (твёрдого) состояния в жидкое; происходит с поглощением теплоты (фазовый переход I рода). Главными характеристиками П. чистых веществ являются температура плавления (Тпл) и теплота, которая необходима для осуществления процесса П. (теплота плавления Qпл).

Плавление происходит с поглощением удельной теплоты плавления и является фазовым переходомпервого рода, которое сопровождается скачкообразным изменением теплоёмкости в конкретной для каждого вещества температурной точке превращения — температура плавления.

Способность плавиться относится к физическим свойствам вещества^[1]

При нормальном давлении, наибольшей температурой плавления среди металлов обладает вольфрам (3422 °C), среди простых веществ — углерод (по разным данным 3500 — 4500 °C^[2]) а среди произвольных веществ — карбид тантала-гафния Ta₄HfC₅ (4216 °C). Можно считать, что самой низкой температурой плавления обладает гелий: при нормальном давлении он остаётся жидким при сколь угодно низких температурах.

Многие вещества при нормальном давлении не имеют жидкой фазы. При нагревании они путем сублимации сразу переходят в газообразное состояние.

При плавлении металлов необходимо соблюдать известные правила. Положим, что собираются плавить свинец и цинк. Свинец быстро расплавится, имея температуру плавления 327°; цинк же еще долго будет оставаться твердым, так как его температура плавления выше 419°. Что произойдет со свинцом при таком перегреве? Он начнет покрываться пленкой радужного цвета, а потом его поверхность окажется скрытой под слоем неплавящегося порошка. Свинец угорел от перегрева, окислился, соединившись с кислородом воздуха. Этот процесс, как известно, происходит и при обычной температуре, но при нагревании он идет гораздо быстрее. Таким образом, к тому времени, когда начнет плавиться цинк, останется очень мало металлического свинца. Сплав получится совсем не того состава, как предполагался, и потеряется большое количество свинца в виде угара. Ясно, что надо сначала плавить более тугоплавкий цинк и затем класть в него свинец. То же самое произойдет, если сплавлять цинк с медью или латунью, разогревая сначала цинк. Цинк угорит к моменту расплавления меди. Значит, надо всегда сначала плавить металл с более высокой температурой плавления.