Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• 1. Изобразите диаграмму состояния сплавов системы медь-никель. Постройте кривую охлаждения для сплава 40% никеля и приведите ее анализ
• 2. Изобразите диаграмму состояния сплавов системы железо-углерод. Укажите на ней структурные составляющие
• 3. Приведите схему прокатного стана, опишите его работу, опишите классификацию прокатных станов по устройству, назначению и взаимному расположению рабочих клетей
• 4. На примере ступенчатого стального вала опишите методику расчета массы исходной заготовки
• 5. Опишите закон построения ряда частот вращения шпинделя станка и ряда подач
• Список используемой литературы

сплав прокатный стан заготовка

1. Изобразите диаграмму состояния сплавов системы медь-никель. Постройте кривую охлаждения для сплава 40% никеля и приведите ее анализ

Медь и никель, соединяясь в любых пропорциях, образуют непрерывный ряд твердых растворов, так как атомы никеля способны заместить в кристаллической решетке все атомы меди. Температура плавления меди составляет 1083°С, никеля 1445°С.

Для построения диаграммы состояния на оси абсцисс сетки в координатах температура - концентрация откладывают (отмечают точками) составы пяти сплавов и восстанавливают из каждой точки вертикальные линии. После этого переносят на эти вертикальные линии с кривых охлаждения сплавов критические точки, а на левой и правой ординатах температур отмечают температуры кристаллизации чистых металлов - меди (100%) и никеля (100%). Соединив плавными кривыми температуры начала и конца кристаллизации всех сплавов, получают диаграмму состояния сплавов системы медь-никель с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Сплавы меди и никеля кристаллизуются и затвердевают в некотором температурном интервале. В пределах этого температурного интервала одновременно существуют две фазы: жидкий сплав и кристаллы твердого раствора - меди и никеля. На диаграмме этот интервал ограничен двумя линиями, соединяющими точки плавления чистых меди и никеля. Верхняя линия обозначает начало затвердевания при охлаждении или конец расплавления при нагреве, нижняя соответственно конец затвердевания или начало плавления. Рассмотренная диаграмма состояния сплава меди и никеля имеет три области. Область существования жидкого расплава лежит выше верхней линии, соединяющей точки плавления меди и никеля, а область существования кристаллических твердых растворов - ниже нижней линии. Между этими линиями находится двухфазная область, в которой одновременно существуют расплав и кристаллы твердого раствора. Верхнюю границу этой области называют линией ликвидус, а нижнюю - солидус ("ликвидус" в переводе с латинского означает жидкий, "солидус" - твердый). [1]

На диаграмме состояния представлены кривые охлаждения сплавов системы медь-никель для пяти составов следующей концентрации, %: l00Cu, 80Cu+20Ni, 60Cu+40Ni, 20Cu+80Ni, l00Ni. Чистые металлы (кривые 1 и 5) имеют одну критическую точку - температуру затвердевания (кристаллизации), а сплавы (кривые 2, 3, 4) - две, т. е. сплавы в отличие от чистых металлов кристаллизуются в интервале температур.

Диаграммы состояния

Кривая 3 соответствует кривой охлаждения для сплава 40% никеля. Кристаллизация сплава начинается при температуре t1 (точка a1), при этой температуре из жидкого сплава начинают выпадать первые кристаллы твердого б-раствора, а заканчивается кристаллизация при температуре t3 (точка b1). При этой температуре затвердевает последняя капля жидкого сплава. Разная температура конца кристаллизации сплавов свидетельствует о том, что состав твердой фазы непрерывно изменяется. По диаграмме состояния можно определить концентрации твердой и жидкой фаз в сплаве при его кристаллизации. При температуре t2 концентрация фаз определяется горизонтальной линией mn1, проведенной до пересечения с линиями солидус и ликвидус. Точка n1 показывает концентрацию твердой фазы, а точка m - концентрацию жидкой фазы. При температуре t3 концентрация твердой фазы определяется точкой b1 на диаграмме состояния, а концентрация жидкой фазы - точкой m1. [2]

2. Изобразите диаграмму состояния сплавов системы железо-углерод. Укажите на ней структурные составляющие

По горизонтальной оси диаграммы откладывается содержание углерода в сплаве в процентах, по вертикальной - температура в °С. Каждая точка на диаграмме характеризует определенный состав сплава при определенной температуре. Превращения в сплавах железо - углерод происходят не толь­ко при затвердевании сплава в жидком состоянии, но и в твердом благодаря переходу железа из одной аллотропической формы в другую.

В зависимости от температуры и содержания углерода сплавы железо - углерод могут иметь структурные составляющие: феррит, цементит, перлит, аустенит, ледебурит и графит. Физико-химическая природа этих структурных составляющих различна. [3]

Феррит представляет собой твердый раствор углерода в б-железе. При 723° С в б-железе может содержаться до 0,02% углерода, а при 20° С всего лишь 0,006% углерода. Феррит обладает высокой пластичностью, низкой твердостью (НВ 80-100), прочностью (уь = 25 кгс/мм2) и магнитными свойствами, которые сохраняются до температуры 768° С.

Цементит - химическое соединение железа с углеродом, т. е. карбид железа Fe3C. Цементит содержит 6,63% углерода и до 210°С сохраняет магнитные свойства. Цементит очень хрупкий и обладает твердостью НВ 760-800. В структуре стали и чугуна он находится в виде игл, отдельных включений и сетки, по границам зерен.

Перлитом называют механическую смесь феррита с цементитом. Перлит- это продукт распада аустенита при медленном охлаждении. Он может быть пластинчатым или зернистым. В нем содержится 0,8% углерода. Механические свойства перлита зависят от степени измельчения частичек цементита.

Ледебурит представляет собой эвтектику, состоящую из цементита и аустенита и образующуюся при кристаллизации жидкого сплава, который содержит 4,3% углерода. Ледебурит обладает высокой твердостью (НВ до 700) и хрупкостью.

Чистое железо плавится и затвердевает при 1539°С (точка А), а чугун, содержащий 4,3% углерода, - при 1130°С (точка С). [5]

Графит - это кристаллическая разновидность углерода. Он имеет черный цвет и встречается в структуре чугуна и графитизированной стали.

Когда температура сплава соответствует линии АС, начинается процесс кристаллизации: из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита, а на линии CD - цементит. Так как цементит выделяется из жидкого сплава в процессе первичной кристаллизации, то его называют первичным. Линия АЕСF является линией солидуса. В точке С сплав, содержащий 4,3% углерода, переходит в твердое кристаллическое состояние. Сплав такого состава называют эвтектическими. Структура эвтектического сплава представляет собой ледебурит. Таким образом, чугун, содержащий 4,3% углерода, называют эвтектическим, менее 4,3% углерода - дозвтектическим и более 4,3% углерода - заэвтектическим.

В зоне III диаграммы сплав состоит из цементита и жидкого сплава, а в зоне II - из кристаллов аустенита и жидкого сплава. Содержание углерода в кристаллах аустенита определяется линией AIE [1]

При температурах, соответствующих линии АВ, из жидкого сплава выделяется твердый раствор д. На горизонтали HIB при 1486°С происходит перитектическое превращение. Оставшийся жидкий сплав взаимодействует с твердым раствором д и в точке / переходит в аустенит, левее точки / - в структуру аустенит - твердый раствор д, правее точки / - в аустенит и жидкий сплав. Затвердевание сплавов, содержащих до 2% углерода, заканчивается на линии AHIE. Ниже линии HIE, в зоне IV, сплавы представляют собой аустенит.

В нижней части диаграммы превращения происходят в твердом состоянии. Линия GS (линия А3) представляет собой температуры начала выделения феррита из аустенита. Она показывает, что температура образования феррита понижается с 910°С (точка G) для чистого железа до 723° С (точка S) для сплава, содержащего 0,8% углерода. Феррит, который выделяется из аустенита при охлаждении, содержит не более 0,02% углерода. При понижении температуры до 723°С (линия PS) в зоне VIII сплав состоит из феррита и аустенита. В точке S аустенит переходит в перлит. В результате превращений сплавы, содержащие менее 0,8% углерода, имеют структуру феррита и перлита (зона IX). При 0,8% углерода в структуре остается только перлит, называемый эвтектоидом. Сталь, содержащую 0,8% углерода, называют эвтектоидной, менее 0,8 углерода - доэвтектоидной, более 0,8 % углерода - заэвтектоидной.

В зоне V находятся в равновесии две структурные составляющие - цементит и аустенит. Линия SE определяет предел растворимости углерода в аустените. При 1130°С (точка Е) в аустените растворяется 2% углерода. В зоне X структура сплава состоит из перлита и вторичного цементита. [5]

В зоне VI сплав состоит из ледебурита, аустенита и вторичного цементита, в зоне VII - из первичного цементита и ледебурита, в зоне XI - из перлита, вторичного цементита и ледебурита и, наконец, в зоне XII - из ледебурита и первичного цементита.

Описанные изменения структуры сплавов при охлаждении обратимы.

Температуры, при которых начинается или заканчивается процесс фазовых превращений в металле или сплаве, называют критическими точками.

3. Приведите схему прокатного стана, опишите его работу, опешите классификацию прокатных станов по устройству, назначению и взаимному расположению рабочих клетей

Прокатный стан представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для осуществления пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), а также транспортных и вспомогательных операций. В состав прокатных цехов или отделений в общем случае входит оборудование главной линии прокатного стана в составе черновых, промежуточных и чистовых рабочих клетей и передаточных механизмов, а также нагревательные печи, системы для гидросбива окалины, оборудование для транспортировки, резки, термообработки, отделки, правки, смотки, маркировки, упаковки проката и т.д.

Прокатный стан и обжимной стан: а-схема прокатного стана; б-общий вид обжимного стана; 1-слитковоз; 2-поворотный стол; 3-рольганг; 4-пост управления; 5-манипуляторы; 6-рабочая клеть; 7-шестеренчатая клеть; 8-двигатель; 9-рольганг

Основными задачами прокатного производства являются получение готового проката заданных размеров и формы в требуемом количестве, с минимально возможными затратами, с высоким уровнем физико-механических свойств и качества поверхности. [1]

В современном прокатном производстве повышенные требования к предъявляются получению продукции с требуемыми свойствами, обеспечению компактности, универсальности, экономичности, ремонтопригодности и энергоемкости оборудования.

В зависимости от вида продукции, выпускаемой различают: обжимные станы (блюминги, слябинги); заготовочные; рейкобалковые; сортовые (крупносортные, средне-и мелкосортные); проволочные (для изготовления катанки); листопрокатные (для толстых, средних и тонких листов); трубопрокатные; колесо-и бандажепрокатные; станы для специальных видов проката. Размер блюмингов, заготовочных, рельсобалочный и сортовых станов, характеризуется диаметром валков; размер слябингов и листовых станов характеризуется длиной гладкой рабочей части валков, а размер трубопрокатных агрегатов характеризуется внешним диаметром труб, прокатчики. [2]

По расположению валков в рабочей клети различают станы:

- с горизонтальными валками и с вертикальными валками,

- с горизонтальными и с вертикальными валками и с криво расположенными валками.

В зависимости от количества валков в рабочей клети агрегатов и характер их вращения, они разделяются на несколько типов. Двухвалковые станы (дуо-станы) имеют в каждой клети по два валка. В зависимости от характера вращения валков они могут быть нереверсивными - с вращением валков в одном направлении - и реверсивные - с изменением направления вращения для осуществления прокатки в обе стороны. Реверсивные двухвалковые станы применяются для прокатки крупных профилей и толстых листов, производимых на блюмингах, слябингах, рельсобалочных, толстолистовых и других агрегатах. Нереверсивные дуо-станы применяются для непрерывной прокатки заготовок и сортового металла, тонких листов и лент, а также для прокатки труб. [3]

Трехвалковые станы (трио-станы) имеют в каждой рабочей клети по три валка с постоянным направлением вращения. Заготовка, прокатывается в одну сторону, проходит между средним и нижним валком, а в обратную сторону - между верхним и средним. Для подъема заготовки в верхнюю пару валков на агрегатах есть особые устройства - подъемные столы. Эти агрегаты служат для прокатки средне- и мелкосортового металла. Станы с неприводным средним валком, применяются для прокатки толстых листов.

Многовалковые станы, к которым относятся четырехвалковые, шестивалковые, имеют два работающих валка, а другие являются поддерживающими - опорными, вращающимися от трения. В четырех- и шестивалковых агрегатах приводными являются лишь рабочие валки, в других многовалковых агрегатах приводными являются опорные валки. Такие конструкции позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижается давление металла на валках. Четырехвалковые станы используются для горячей и холодной прокатки листов, широких полос и лент, все же остальные - исключительно для холодной прокатки тонких листов и лент. Кроме указанных агрегатов применяются универсальные, в которых кроме горизонтальных валков является также и вертикальные, расположенные с одной или с обеих сторон горизонтальных валков. Дополнительные вертикальные валки оказывают боковое давление, обеспечивают получение прямоугольного профиля с равными и чистыми кромками. Изменяя расстояние между валками, можно получить на агрегате любой прямоугольный профиль, вследствие чего указанные агрегаты и получили название универсальных. Они применяются для прокатки листовой заготовки - слябов и широких длинных полос (шириной более 200 мм), а также для прокатки широкополочных двутавровых балок высотой от 300 до 1200 мм. [5]

Обычно станы состоят из нескольких рабочих клетей, которые в зависимости от выполняемой в них работы разделяются на:

- обжимные;

- черновые;

- чистовые.

В случае прокатки с небольших блюмов обжимные клети в агрегатах отсутствуют. Черновые и чистовые клети в сотовых станах основную работу производят при прокатке профиля (полосы), а чистовую - уже после придания ему окончательной формы. В зависимости от размеров и формы профиля (полосы) черновые чистовые клети располагаются в том или ином порядке, можно, свести к нескольким группам агрегатов:

- периодические,

- непрерывные,

- полунепрерывные,

- тандем-станы (для листового проката). [1]

4. На примере ступенчатого стального вала опишите методику расчета массы исходной заготовки

На рис.1 представлен эскиз "Вал ступенчатый"

Рисунок 1 - Эскиз вала

Для определения массы вала разобьем конструкцию детали на геометрические фигуры - цилиндры. Масса детали определяется по формуле:

m =с•V,

где m - масса детали, кг;

с - плотность материала кг/м³;

V - объем детали, м³;

Объем в свою очередь исчисляется путем суммирования объемов составных частей вала, объем отверстий вычитается:

V=V1+ V2+V3+V4+V5- V6 - V7,

где Vi -объемы ступеней вала;

Проводим расчеты, используя формулу вычисления объема цилиндра:

где d- диаметр цилиндра, м;

h - длина цилиндра, мм;

V= 3,14•(152 /4•18 + 232 /4• 17 + 342 /4•8 + 232 /4•11 +162 /4•21) - 3,14•(82 /4•16 + 42/4•14) =25306,83 мм³

Учитывая, что плотность стали с = 7,5 г/см³, находим массу, она равна 18,98 кг. [4].

5. Опишите закон построения ряда частот вращения шпинделя станка и ряда подач

При работе в различных условиях, особенно на специализированных и универсальных станках, возникает необходимость изменять скорость вращения шпинделя. Для получения оптимальных режимов обработки существует бесступенчатое регулирование числа оборотов. В первом случае в определенном интервале можно получить любое заданное значение. При ступенчатом регулировании частоту вращения шпинделя устанавливают в виде определенного ряда чисел оборотов. Механизмы, осуществляющие ступенчатое регулирование, проще по конструкции и надежны в эксплуатации, в следствие чего имеют наибольшее распространение.

Ряды чисел оборотов шпинделей чаще всего строят по закону геометрической прогрессии. Этот ряд удобен для осуществления экономических режимов резания. Достоинство его и в том, что он позволяет создавать сложные приводы из элементарных двухваловых механизмов, построенных тоже на основе геометрического ряда. [6]

Допустим, что n₁, n₂, n₃…n_z -- ряд чисел оборотов шпинделя. Если члены ряда расположить по возрастающей степени, то n₁ -- n_min, a n_z = =n_mах; n₁ и n_z называют пределами регулирования: n₁ -- нижним, n_z -- верхним, где z -- число ступеней скорости вращения.

Если ц -- знаменатель геометрической прогрессии ряда, то n_z = n_z-1ц = n₁ц^z-1. Решая это уравнение относительно ц, получим

Величина D = n_max/n_min. Изменение cкорости резания при переходе от одного числа оборотов шпинделя на другое -- соединение по ряду при неизменном диаметре обработки называют перепадом скорости. [6]

Его относительная величина для геометрического ряда (V_x -- V_{x+ 1})/(V_x) = (n_х - n_х-1)/n_х = (ц - 1)/ц = const. Значения применяемых в практике станкостроения знаменателей ряда и чисел оборотов шпинделей регламентированы. В основу нормализации положены, в частности, следующие принципы:

а) возможность получения рядов с различными знаменателями из основного ряда, имеющего наименьший знаменатель, путем отбрасывания отдельных членов ряда и сохранения основного ряда через 1,3, 5 и т. д.;

б) десятичное повторение через "а" членов: n₁, n₂, n₃, ..., 10n₁, 10n₂, 10n₃, ..., 100n₁, 100n₂, 100n₃... для этого необходимо, чтобы n_a+1=n₁ц^a=10n₁ и ц=.

Использование данного принципа позволяет иметь дело с меньшим количеством цифровых значений и строить таблицы чисел оборотов в пределах одного десятка;

в) удвоение через "b" членов: n₁, n₂, n₃, ..., 2n₁, 2n₂, 2n₃, ..., 4n₁, 4n₂, 4n₃... и т.д.; n_b+1=n₁ц^b=2n₁ и ц=.

Удвоение позволяет использовать в качестве привода двухскоростные двигатели переменного тока. Для того чтобы ряды одновременно соответствовали принципам б и в, необходимо, чтобы: ц = . Логарифмируя, получим lgц= 1/а·lg10 = 1/b·lg2 и, следовательно, b = 0,3а. Для основного ряда принято значение ц_min = 10^b =.

Нормальные ряды чисел в станкостроении приведены в табл. 1. Их значения принимают в качестве чисел оборотов шпинделей, подач, мощностей и т. д. Стандартные значения, полученные на основе указанных принципов, представлены в табл. 2.

Таблица 1. Нормальные ряды чисел в станкостроении

Таблица 2. Стандартные значения чисел

[6]

Список использованной литературы

1. Адаскин А.М. Материаловедение (металлообработка): учеб. Пособие / А.М. Адаскин, В.М. Зуев.- 6-е изд.стер.- М.: Изд. Центр "Академия", 2009.- 288с.

2. Адаскин А.М., Зуев В.М., Материаловедение (металлообработка): Учебник для нач. проф. образоввания. - М.: ИРПО, ПрофОбрИздат, 2001.- 240с.

3. Гольчевская Н.Ю., Гольчевский В.Ф. Материаловедение /Серия "Учебник, учебные пособия".- Иркутск: ИрГТУ, 2008.- 428 с.

4. Дмитриев В.А. Проектирование заготовок в машиностроении: учеб. пособ. / В.А. Дмитриев. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2008. - 174 с.

5. Кондратьев Е.Т. Технология конструкционных материалов и материаловедение. М.: Колос, 1983. - 272 с.

6. Схиртладзе, А.Г. Технологическое оборудование машиностроительных производств: Учеб. Пособие для машиностроит. спец. вузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001 - 407 с.

Размещено на Allbest.ru