Классификация сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Башкортостан

ГБОУ СПО "Стерлитамакский технологический колледж"

Контрольная работа

По дисциплине: "Материаловедение"

2013

Содержание

1. Классификация сплавов и принцип построения диаграмм состояния

2. Кривая охлаждения сплава - сурьма

3. Пружинные стали. Подшипниковые материалы

4. Газообразные диэлектрики

Использованная литература

1. Классификация сплавов и принцип построения диаграмм состояния

Все сплавы можно разделить на две большие группы: сплавы неоднородные -- механические смеси, состоящие из двух и более фаз;

сплавы однородные, состоящие из одной фазы, которые, в свою очередь, можно подразделить на твердые растворы и химические соединения.

Если рассматривать процессы затвердевания сплавов в условиях медленного охлаждения, при котором все превращения успевают полностью закончиться, то строение сплавов можно представить на так называемой диаграмме состояний. Рассмотрим на примере системы Pb--Sb принципы построения диаграмм состояний сплавов.

На кривых охлаждения чистых металлов -- свинца и сурьмы -имеется по одной критической точке, соответствующей переходу металла из жидкого состояния в твердое (для свинца 327° С и сурьмы 631° С). Ниже этих температур свинец и сурьма находятся в твердом состоянии. На кривых же охлаждения сплавов свинец--сурьма имеются не одна, а две критические точки, соответствующие началу и концу их затвердевания. Затвердевание сплавов свинец--сурьма, содержащих менее 13% сурьмы, начинается при температурах, соответствующих верхним критическим точкам с выпадением i кристаллов свинца. При дальнейшем понижении температуры количество кристаллов свинца увеличивается и остающаяся жидкость обогащается сурьмой. При температуре 245° С, соответствующей нижним критическим точкам, концентрация сурьмы в жидкости достигает 13%, и в этих условиях при дальнейшем охлаждении начинается одновременная кристаллизация свинца и сурьмы с образованием сложной структурной составляющей сплавов --эвтектики, представляющей механическую смесь из мелких равномерно распределенных кристаллов сурьмы и свинца.

На кривой охлаждения сплава, содержащего 13% сурьмы, имеется только одна критическая точка, соответствующая 245° С. Такой сплав после затвердевания состоит только из эвтектики. Затвердевание сплавов, содержащих более 13% сурьмы, начинается с выпадения кристаллов сурьмы, и при достижении концентрации сурьмы в жидкости, равной 13%, жидкость затвердевает, образуя эвтектику.

Чтобы получить диаграмму состояний сплавов, верхние и нижние критические точки переносят на координатные оси температура -- состав сплава.

Линия АСВ, представляющая геометрическое место критических точек начала затвердевания, называется линией ликвидуса; выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии. Линия DCE, представляющая геометрическое место критических точек конца затвердевания, называется линией солидуса; ниже линии солидуса сплавы находятся в твердом состоянии.

Сплавы, содержащие менее 13% сурьмы, называются доэвтектическими. В интервале температур между линиями ликвидуса и солидуса они состоят из кристаллов свинца и жидкости, а ниже линии солидуса, т. е. в твердом состоянии, -- из кристаллов свинца и эвтектики. Сплавы, содержащие больше 13% сурьмы, называются заэвтектическими и состоят из кристаллов сурьмы и жидкости между линиями ликвидуса и солидуса и из кристаллов сурьмы и эвтектики ниже линии солидуса. Распределение структурных составляющих на диаграмме состояний сплавов РЬ--Sb показано на рис. 90. В твердом состоянии все сплавы РЬ--Sb состоят только из двух фаз -- кристаллов сурьмы и свинца, так как сложная структурная составляющая --- эвтектика -- состоит из тех же фаз.

2. Кривая охлаждения сплава-сурьма.

3.Пружинные стали. Подшипниковые материалы

Пружинная сталь -- сталь, предназначенная для изготовления упругих элементов (пружин, рессор и т.д.

Работа пружин, рессор и тому подобных деталей характеризуется тем, что в них используют только упругие свойства стали. Большая суммарная величина упругой деформации пружины (рессоры и т. д.) определяется ее конструкцией -- числом и диаметром витков, длиной пружины. Поскольку возникновение пластической деформации в пружинах не допускается, то от материала подобных изделий не требуется высокой ударной вязкости и высокой пластичности. Главное требование состоит в том, чтобы сталь имела высокий предел упругости (текучести). Это достигается закалкой с последующим отпуском при температуре в районе 300--400° С. При такой температуре отпуска предел упругости (текучести) получает наиболее высокое значение, а то, что эта температура лежит в интервале развития отпускной хрупкости I рода, в силу отмеченного выше обстоятельства не имеет большого значения.

Пружины, рессоры и подобные им детали изготавливают из конструкционных сталей с повышенным содержанием углерода (но, как правило, все же более низким, чем у инструментальных сталей) -- приблизительно в пределах 0,5--0,7% С, часто с добавками марганца и кремния. Для особо ответственных пружин применяют сталь 50ХФ, содержащую хром и ванадий и обладающую наиболее высокими упругими свойствами. Термическая обработка пружин и рессор из легированных сталей заключается в закалке от 800--850° С (в зависимости от марки стали) в масле или в воде с последующим отпуском в районе 400--500° С на твердость НRС 35--45. Это соответствует ств= 1304-1600 кгс/мм2

Иногда такой термической обработке подвергают детали конструкций большой длины и с тонкими стенками, которые должны обладать высокими пружинящими свойствами. В этом случае применяют сталь ЗОХГС; после закалки и отпуска при 250° С она будет иметь прочность (ав) 160 кгс/мм2, но вязкость (ад) всего лишь 5 кгс-м/см2, а пластичность (б) 7% и (ф.) 40%. Часто пружины изготавливают из шлифованной холоднотянутой проволоки (так называемой серебрянки). Наклеп (нагартовка) от холодной протяжки создает высокую твердость и упругость. После навивки (или другого способа изготовления) пружину следует отпустить при 250--350°С для снятия внутренних напряжений, что повысит предел упругости. Для изготовления серебрянки применяют обычные углеродистые инструментальные стали У7, У8, У9, У10.

На качество и работоспособность пружины большое влияние оказывает состояние поверхности. При наличии трещин, плен и других поверхностных дефектов пружины оказываются нестойкими в работе и разрушаются, вследствие развития усталостных явлений в местах концентрации напряжений вокруг этих дефектов. Кроме обычных пружинных материалов, имеются и специальные, работающие в специфических условиях (повышенные температуры, агрессивные среды, и т. д.).

Общая характеристика: сталь рессорно-пружинная, малочувствительна к флокенообразованию, склонна к отпускной хрупкости при содержании Mn?1%, не применяется для сварных конструкций. Плотность при 20°С - 7,81х10ікг/мі. Модуль нормальной упругости при 20°С - 215 Гпа. Удельная теплоёмкость при 20-100°С - 490 Дж/(кг·°С)

Они работают в области упругой деформации металла под воздействием циклических нагрузок. Поэтому они должны иметь высокое значение предела упругости, текучести, выносливости при необходимости пластичности и высоком сопротивлении хрупкому разрушению.

Пружинные стали содержат С = 0,5 - 0,75% , Si до 2,8%, Mn до 1,2%, Cr до 1,2%, V до 0,25%, Bе до 1,2%, Ni до 1,7%. При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопротивления стали малым пластическим деформациям, а следовательно, ее релаксационной стойкости. Широкое применение на транспорте нашли кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70С3А. Однако они могут подвергаться обезуглероживанию, графитизации, резко снижающим характеристики упругости и выносливости материала. Устранение указанных дефектов, а также повышение прокаливаемости и торможение роста зерна при нагреве достигается дополнительным введением в кремнистые стали хрома, ванадия, вольфрама и никеля. Для изготовления пружин также используют холоднотянутую проволоку (или ленту) из высокоуглеродистых сталей 65, 65Г, 70, У8, У10 и др.. Применяются также пружины специального назначения из мартенситных сталей 30Х13А, мартенситно - стареющих 03Х12Н10Д2Т, аустенитно-мартенситных 09Х15Н8Ю и других сталей и сплавов. Стали закаливают с температур 830 - 880°С и отпускают на тростит (380 - 550°С).

Имеют высокий предел текучести. Отношение предела текучести к пределу прочности 0,8?0,9. Для листовых рессор и пружин подвесок применяют кремнистые и марганцовистые стали 50ХГ, 50Г2, 05Г, 55С2 и др. Для торсионных валов используются стали 45ХНМФА, G0C2A, 70СЗА. Для повышения усталостной прочности деталей, работающих при высоких колебательных нагрузках, необходимо обеспечить в поверхностном слое создание остаточных сжимающих напряжений. С этой целью применяют заневоливание пружин, заневоливание и чеканку торсионных валов, обкатку роликами, пластическую осадку и дробеструйную обработку листовых рессор. Легированная рессорно-пружинная сталь, термообработанная до твердости HRC 45--50, имеет предел усталости при кручении 190 МПа. После дробеструйной обработки предел усталости увеличивается до 350 МПа (3500 кгс/см2.

Подшипниковые материалы.

-- материалы, применяемые для изготовления подшипников скольжения и обладающие антифрикционными св-вами. Подшипниковые материалы подразделяются на металлич. и неметаллич. К металлическим подшипниковым материалам относятся баббиты, сплавы на основе меди (бронзы), цинка, алюминия, а также нек-рые чугуны; к неметаллич. подшипниковым материалам -- нек-рые виды пластмасс, материалы на основе древесины, углеграфитовые материалы, резина. Ряд подшипниковых материалов представляет собой сочетание материалов различной природы -- металлов и пластмасс, углеграфитовых материалов и металлов и т. п.

Баббиты на основе олова или свинца. Отличит, особенности всех баббитов: хорошая прирабатываемость, способность «поглощать» твердые частицы, отсутствие схватывания со сталью. К их недостаткам относятся низкие механич. св-ва при темп-рах 100° и выше, низкая теплопроводность, сравнительно малая усталостная прочность. Оловянистые баббиты более удобны в произ-ве, они легче заливаются по стали, меньше окисляются, не подвержены коррозии. При испытании на усталость переменным изгибом при равных напряжениях баббиты на основе олова и свинца (при одинаковой твердости) не отличаются по числу циклов до начала разрушения; при испытании же на усталость переменным изгибом при равных деформациях преимущество остается на стороне свинцовистых баббитов, вследствие значительно меньшей величины их модуля упругости. Баббиты применяются в подшипниках в виде слоя, залитого по корпусу вкладыша из бронзы, латуни, стали или чугуна. Наиболее прочное соединение заливаемого слоя баббита с корпусом вкладыша достигается спец. процессом заливки, включающим очистку поверхности корпуса и его облуживание. Тонкостенные вкладыши двигателя легкового автомобиля изготовляются штамповкой из биметаллич. ленты, получаемой непрерывной заливкой баббита по движущейся стальной калиброванной ленте. Усталостная прочность баббитового слоя повышается с уменьшением его толщины, у вкладышей нек-рых совр. автомобильных двигателей она составляет 0,1 мм и меньше.

При правильной подготовке поверхности вкладыша и его заливке прочное соединение баббита и металла корпуса (бронза, сталь, чугун) происходит по всей поверхности вкладыша, что позволяет значительно уменьшать толщину слоя баббита. Способ механич. крепления баббита к вкладышу (путем устройства во вкладыше пазов и отверстий, заполняемых баббитом при заливке) пригоден лишь для малонапряженных подшипников.

4. Газообразные диэлектрики

сплав подшипниковый диэлектрик пружинный

Газообразные диэлектрики делят на две группы: естественные и искусственные.

Естественные газообразные диэлектрики. Наибольшее применение из них в силу своей распространенности получил воздух, даже в тех случаях, когда его присутствие в изоляции нежелательно.

Воздух -- смесь газов с электрической прочностью ЈПР = 3,2 кВ/мм (при 0,1 МПа и 20°С), плотностью-- 1,293 кг/м3. Епр воздуха зависит в основном от расстояния между электродами, давления, температуры и влажности. Приведенная величина соответствует +20°С, давлению 0,1 МПа и расстоянию между электродами 10 мм. Ток утечки через воздух крайне мал, поэтому tgд его практически равен нулю

В воздушных линиях электропередачи, сухих трансформаторах, коммутационных аппаратах, распределительных устройствах и т.п. воздух является основной изоляцией. Во многих электрических объектах он играет роль дополнительной изоляции к твердым и жидким диэлектрикам.

Азот по электрическим характеристикам близок к воздуху, однако в отличие от него не содержит кислорода, который оказывает окисляющее воздействие на соприкасающиеся с ним материалы

Водород -- очень легкий газ с высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что делает его весьма полезным для использования в качестве охлаждающей среды вместо воздуха. Применение его в электрических машинах снижает потери электрической мощности на трение и вентиляцию, а отсутствие окисляющего фактора замедляет старение органической изоляции.

Гелий -- инертный газ, используется в качестве низкотемпературного хладагента, например, для получения сверхпроводимости.

Искусственные газообразные диэлектрики. К ним относятся элегаз, хладоген 12 и др. Из них в ремонтной практике определенный интерес представляет элегаз. Он нетоксичен, химически стоек, не разлагается при нагреве до 800°С, распространен в конденсаторах, кабелях и пр.

В электровакуумных лампах и приборах широко применяются инертные газы и пары ртути, в качестве охлаждающей среды -- водород, для получения сверхпроводимости -- жидкий гелий.

Использованная литература

1. ТКМ (материаловедение) - Гуляев 1986.

2. Арзамасов (ред.) Б.Н., Сидорин И.И., Косолопов Г.Ф. - Материаловедение (2-е изд, доп. и испр.) 1986г.

Размещено на Allbest.ru