Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

1. Атомно-кристаллическое строение металлов. Строение реальных кристаллов.

2. Краткая характеристика свинца

3. Задача: Для изготовления резцов выбрана сталь Р6М5. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращение, происходящее при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и главные свойства резцов после термической обработки.

4. Диаграмма состояния железо-цементит. Фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.

1. Атомно-кристаллическое строение металлов

Каждый металл (вещество) может находится в четырех состояниях: газообразном, жидком, твердом и в виде плазмы. В газообразном состоянии расстояние между атомами (частицами) велико, силы взаимодействия малы и атомы хаотично перемещаются в пространстве, отталкиваясь друг от друга. Атомы газообразного вещества обладают большой кинетической энергией. В жидком металле атомы сохраняют лишь ближний порядок, то есть в небольшом объеме упорядоченно и закономерно расположено небольшое количество атомов. Ближний порядок неустойчив, он может возникать и исчезать под действием тепловых колебаний.

В металлах, находящихся в твердом состоянии, порядок расположения атомов строго определен и закономерен, силы взаимодействия уравновешены, тело сохраняет свою форму. Металлы имеют кристаллическое строение с правильным закономерным расположением атомов в пространстве.

Воображаемые линии, проведенные через центры атомов, расположенных в одной плоскости, образуют решетку, в узлах которой располагаются атомы.

Такая конфигурация называется кристаллографической плоскостью. Многократное повторение кристаллографических плоскостей в пространстве позволяет получить пространственную кристаллическую решетку.

Пространственная кристаллическая решетка сложна в изображении, поэтому представление об атомном строении кристаллов дается в виде элементарных кристаллических ячеек. Под элементарной кристаллической ячейкой понимают минимальный объем, дающий представление об атомной структуре металла в целом, его повторение в пространстве образует кристаллическую решетку. Элементарные кристаллические ячейки характеризуются следующими основными параметрами: периодом решетки, координационным числом, атомным радиусом, базисом (атомной плоскостью).

Периодом решетки называется расстояние между центрами двух соседних частиц (атомов, ионов) в элементарной ячейке решетки.

Периоды решетки измеряют в нанометрах (НМ) или пикометрах (ПМ).

Координационное число.

Координационное число показывает количество атомов, находящихся на самом близком расстоянии от любого выбранного атома в решетке. Под атомным радиусом понимают половину межатомного расстояния между центрами ближайших атомов в кристаллической решетке элемента при равновесных условиях. Базисом решетки называется количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.

Простейшим типом кристаллического строения является кубическая решетка, в которой атомы расположены в углах куба (например, период решетки равен 6, координационное число К=6, базис решетки равен 1, каждый из атомов, расположенных в углах куба, принадлежит одной из восьми элементарных ячеек, то есть на одну ячейку приходится 1/8 атома).

В простой кубической решетке атомы уложены (упакованы) недостаточно плотно. Стремление атомов занять места, наиболее близкие друг к другу, приводит к образованию новых типов решеток.

Строение реальных кристаллов.

Реальное строение металлов значительно отличается от идеального. При идеальном строении кристаллов (металлов) все атомы теоретически должны находится строго в узлах кристаллической решетки. Теоретическая прочность такого металла чрезвычайно высока. Так, теоретическая прочность при сдвиге (под действием касательных напряжений) Т_сдв = G/ (2ri), где G - модуль сдвига (модуль Юнга).

В соответствии с этой формулой теоретический предел прочности железа должен составлять примерно 13000 Мпа, при такой прочности проволока диаметром 1 мм выдержала бы груз массой более тонны (для железа G=80 Мпа).

В действительности же, прочность железа примерно в 100 раз меньше - 150 Мпа. Такое несоответствие объясняется различием идеального и реального строения металлов. Во-первых технические металлы состоят из большого количества кристаллов (зерен), то есть являются поликристаллическими веществами. При этом кристаллы (зерна) в реальном металле не имеют правильной формы и идеально упорядоченного расположения атомов. Во - вторых, даже в самих поликристаллах имеются различные несовершенства (дефекты).

Различают точечные, линейные и поверхностные несовершенства кристаллического строения.

Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. К ним относят вакансии и междоузельные (дислоцированные) атомы. Образование точечных дефектов связано с диффузионным перемещением атомов под действием тепловых колебаний. С повышением температуры металла число вакансий растет. Точечные дефекты оказывают влияния на некоторые физические свойства металлов (электропроводность, магнитные свойства и т.д.) и фазовые превращения в металлах и сплавах.

Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Эти несовершенства называются дислокациями. Дислокации образуются в процессе кристаллизации и главным образом при деформации металла.

2. Краткая характеристика свинца

Свинец - элемент 14 группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 82. Обозначается символом Pb (лат. Plumbum). Простое вещество свинец (CAS - номер: 7439-92-1) - ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.

Свинец известен с глубокой древности. Изделия из этого металла (монеты, медальоны) использовались в Древнем Риме. Указание на свинец, как на определенный металл имеется в Ветхом Завете. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. До 1990 г. большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтисвинца - для повышения октанового числа моторного топлива.

В природе самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород ультраосновных пород. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы.

Самые крупные производители свинца - это США, Китай, Корея и страны ЕС.

Свинец имеет довольно низкую теплопроводность. Она составляет 35,1 Вт/ (м-к) при температуре 0⁰С. Металл мягкий, легко режется ножом. При разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.

Чистый свинец - серебристо-белый, но на воздухе быстро покрывается синевато-серым налетом. Это мягкий, плотный, легкоплавкий металл, он пластичен выше 300⁰С, что используют для изготовления оболочек кабелей, выдавливания проволок и трубок, а также в запорных устройствах водопроводных сетей. Свинец иногда формуют, но из-за низкой прочности на разрыв он плохо поддается ковке. На воздухе образует пленку, защищающую его от окисления. В воде, насыщенной кислородом растворяется. Непригоден для трубопроводов с питьевой водой. Все растворимые соединения свинца в воде ядовиты.

Свинец применяют для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах.

металл железоуглеродистый сплав свинец

Сплав олова со свинцом, содержащий 10-15% Pb используется для домашней утвари, а припой (67% Pb) применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяются для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, стеклянных изделий и как добавки к бензину.

3. Задача

Для изготовления резцов выбрана сталь Р6М5. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращение, происходящее при термической обработке данной стали. Опишите микроструктуру и главные свойства резцов после термической обработки.

Р6М5 - быстрорежущая инструментальная сталь. Быстрорежущие стали применяют для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок.

Инструмент из быстрорежущих сталей обладает высокой стабильностью свойств. В марках стали буквы и означают Р - быстрорежущая, цифра, следующая за буквой - среднюю массовую долю вольфрама (%), М - молибден, цифра, следующая за буквой, означает массовую долю молибдена.

В обозначениях марок стали не указывают массовую долю хрома - при любой массовой доле.

Химический состав стали Р6М5 в %:

С - 0,82-0,9

Si - до 0,5

Mn - до 0,5

Ni - до 0,4

S - до 0,025

P - до 0,03

Cr - 3,8-4,4

Mo - 4,8-5,3

W - 5,5-6,5

V - 1,7-2,1

Co - до 0,5

Сталь Р6М5 в основном вытеснила стали Р18, Р12, Р9 и нашла применение при обработке цветных сплавов, чугунов, углеродистых и легированных сталей, а также некоторых теплоустойчивых и коррозионно - стойких сталей.

Режим термической обработки

Технологический процесс изготовления инструмента включает следующие операции:

1) Изготовление заготовок (предварительное формообразование) с использованием сварки, горячей и холодной пластической деформации.

2) Предварительная смягчающая термическая обработка для улучшения обрабатываемости стали и исправления структуры в нужном направлении.

3) Механическая обработка (окончательное формообразование) на металлорежущих станках или методами холодной деформации (насечка)

4) Окончательная (упрочняющая) термическая обработка.

5) Окончательный контроль, шлифовка и заточка инструмента, дополнительная обработка для улучшения поверхностного слоя.

В качестве предварительной обработки выбираем карбидный отпуск, применяемый для быстрорежущих сталей с целью улучшения ее обрабатываемости пластической деформацией и устранения растрескивания при холодной вырубке тонких заготовок (дисковых фрез, мелких метчиков). При отпуске сталь нагревают до 730-760⁰С с выдержкой в течение 1-1,5 часов, при этом часть мелких карбидов растворяется. Последующее быстрое охлаждение (в масле или воде) фиксирует это состояние, что повышает пластичность, стали и несколько снижает предел текучести.

Подъемно - транспортное оборудование: используем однобалочный ручной мостовой кран, тележки.

Оборудование для нагрева: колпаковая печь.

Оборудование для охлаждения: охлаждение осуществляем в механизированном закалочном баке.

Дополнительное оборудование: очистка от масла производится в конвейерной моечной машине типа ММК в подогретом (до 80-90⁰С) водном растворе кальцинированной соды (10% Na2CO3); очистка от окалины осуществляется в травильной машине с краном, травление проходит в растворе серной кислоты (5-18%) при 40-90⁰С.

В качестве окончательной термической обработки мы выбираем закалку с последующим трехкратным отпуском.

Закалка

Высокая скорость нагрева в соляных печах - ваннах может вызвать значительные внутренние напряжения, деформацию и образование трещин. Поэтому рекомендуется применять ступенчатый нагрев под закалку для инструментов из быстрорежущих сталей. Нагрев проводим с двумя подогревами: первый - при 650⁰С с составом соляной ванны: 50% КСl и 50% Na2CO3; второй при 850⁰С с составом соляной ванны: 30% КСl и 70% BaCl2.

Окончательный нагрев также проводим в соляной ванне, состав которой 100% BaCl2 при1240⁰С.

Охлаждение при закалке проводим в масле, во избежание выделения карбидов.

Отпуск.

При многократном отпуске из остаточного аустенита выделяются карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он претерпевает мартенситное превращение.

Отпуск производится при температуре 550⁰С, с выдержкой в течение часа и охлаждением на воздухе до 20⁰С.

Подъемно-транспортное оборудование: используем однобалочный ручной мостовой кран, тележки.

Оборудование для нагрева: для закалки - четырех - тигельная печь - ванна. Для отпуска - колпаковая печь.

Оборудование для охлаждения: охлаждение осуществляется в механизированном закалочном баке.

Дополнительное оборудование: очистка от масла производится в конвейерной моечной машине типа ММК; очистка от окалины осуществляется в травильной машине с краном.

Твердость быстрорежущей стали марки Р6М5 после термической обработки составляет 64 НRС. В структуре стали остается приблизительно 2% остаточного аустенита, который немного снижает твердость стали и вызывает внутренние напряжения за счет того, что аустенит и мартенсит в пространстве занимают разные объемы. Сталь марки Р6М5 обладает повышенной вязкостью.

В качестве дополнительной обработки мы выбрали низкотемпературный отпуск для снятия напряжения после шлифования и заточки без снижения твердости, а также повышения стойкости инструмента при резании.

Режим дополнительного отпуска режущего инструмента: нагрев до температуры 240 - 260⁰С и выдержка в течение 1 - 4 часов.

Размещено на Allbest.ru