Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства сталей
Сущность макроструктурного, микроструктурного и рентгеноструктурного методов анализа металлов, области их применения. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства сталей. Физические свойства бронзовых сплавов. Изучение излома образца.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.11.2015 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Российский государственный профессионально-педагогический университет»
Машиностроительный институт
Кафедра сварочного производства и методики профессионального обучения
Контрольная работа
по дисциплине: «Материаловедение»
Екатеринбург 2015
Оглавление
- Задание
- 1. Сущность макроструктурного, микроструктурного и рентгеноструктурного методов анализа металлов, области их применения
- 1.1 Макроструктурный анализ металлов
- 1.2 Микроструктурный анализ сплавов
- 1.3 Рентгеноструктурный анализ
- 1.3.1 Идентификация и количественное определение фаз (фазовый анализ)
- 1.3.2 Применение рентгеноструктурного анализа
- 2. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства ста лей
- 2.1 Общая характеристика состава углеродистых сталей
- 2.2 Влияние углерода на свойства стали
- 2.3 Влияние кремния и марганца
- 2.4 Влияние серы углерод сплав рентгеноструктурный
- 2.5 Влияние фосфора
- 2.6 Влияние азота, кислорода и водорода
- 2.7 Примеси цветных металлов
- 3. Для деталей арматуры выбрана бронза марки БрОЦС 6-6-3. Расшифруйте состав сплава и опишите его структуру, механические свойства. Объясните назначение легирующих элементов в сплаве
- 3.1 Назначение легирующих элементов в сплаве бронза марки БрОЦС 6-6-3
- 3.2 Физические свойства бронзовых сплавов
- 3.3 Расшифровка состава сплава марки БрОЦС 6-6-3
- 4. Магнитные стали и сплавы, характеристика и виды
- 4.1 Характеристика магнитных сталей и сплавов
- 4.2 Магнитномягкие стали и сплавы
- 4.3 Магнитотвердые стали и сплавы
- Литература
Задание
1. Вопрос №27 - Сущность макроструктурного, микроструктурного и рентгеноструктурного методов анализа металлов, области их применения.
2. Вопрос №67 - Влияние содержания углерода и постоянных примесей на свойства стали.
3. Вопрос №107 - Для деталей арматуры выбрана бронза марки БрОЦС 6-6-3. Расшифруйте состав сплава и опишите его структуру, механические свойства. Объясните назначение легирующих элементов в сплаве.
4. Вопрос №147 - Магнитные стали и сплавы, основные характеристики.
1. Сущность макроструктурного, микроструктурного и рентгеноструктурного методов анализа металлов, области их применения
1.1 Макроструктурный анализ металлов
Макроанализ - изучение структуры металлов и сплавов при увеличении до 30 раз.
Цели макроанализа:
а) Определить макродефекты (поры, трещины, раковины и т. д.). Макродефекты недопустимы, так как они ослабляют рабочее сечение детали и являются концентраторами напряжений при знакопеременных нагрузках. Они должны быть удалены.
б) Определить величину зерна или кристалла в литом металле (Рисунок 1). Кристалл имеет неправильную форму в виде столба и называется еще дендритом (что значит древовидный). Зерно - округленный кристалл. Чем мельче зерно, тем выше вязкость металла и его работоспособность.
в) Определить направление волокон в деформированном металле. Деформированный металл - металл, полученный в результате пластической деформации. При пластической деформации наблюдается смещение слоев металла (зерен) друг относительно друга. При этом согласно законам гидравлики неметаллические включения (оксиды, карбиды, нитриды и т. д.) оттесняются к границам течения слоев металла и располагаются вдоль границ зерен, волокон. Волокно - сильно деформированное зерно. С учетом вышесказанного в опасных сечениях детали волокна должны располагаться параллельно действующим напряжениям (Рисунок 2, а).
г) Изучить излом образца. По характеру излома образца судят о характере разрушения металла. Кристаллический блестящий излом наблюдается при хрупком разрушении стали пониженной вязкости. При вязком разрушении характерен волокнистый (матовый) излом.
Объектом изучения макроструктуры служит макрошлиф, представляющий собой продольное или поперечное сечение детали и подвергнутый следующим операциям:
1) механическая вырезка образца;
2) шлифование образца шлифовальными бумагами различной зернистости или наждачным кругом;
3) травление в 4-процентном растворе HNO3 (если материал образца - углеродистая сталь или чугун);
4) промывка спиртом, сушка.
В результате указанных операций в литом металле наблюдаются зерна или кристаллы, а в деформированном - направление волокон (Рисунок 3).
Рисунок 1 - Зерна и кристаллы в литом металле: 1,3 - зерна; 2 - кристаллы; 4 - раковина.
Рисунок 2 - Расположение волокон в деформированном металле: (P - действующая нагрузка в образце): а - продольное расположение волокон; б - поперечное расположение волокон.
Макроанализ дает грубую оценку качества заготовки, детали. Для более качественной оценки полученной заготовки служит микроструктурный анализ сплавов.
Рисунок 3 - Макроструктуры поковок коленчатого вала: а - правильное расположение волокон; б - неправильное расположение волокон
1.2 Микроструктурный анализ сплавов
Микроанализ - изучение структуры при увеличении свыше 50 раз.
Цели микроанализа:
а) определить тип структуры;
б) определить величину микрозерна;
в) определить микродефекты (поры, трещины, раковины и т.д.);
г) по микроструктуре в углеродистых сталях определить содержание углерода.
Рисунок 4 - Схема отражения лучей от травленной поверхности и полученная структура: 1 - светлое зерно; 2 - серое зерно; 3 - черное зерно.
Объектом для изучения микроструктуры служит микрошлиф, представляющий часть детали (заготовки) сечением около 1 см2. Приготовление микрошлифа происходит в следующей последовательности:
а) механическая вырезка;
б) шлифование;
в) полирование до получения зеркальной поверхности;
г) травление в 4-процентном растворе HNO3 (если образец из углеродистой стали, чугуна);
д) промывка спиртом, сушка.
Цель полирования - получить поверхность с минимальной шероховатостью.
Цель травления - получить шероховатую поверхность из-за различной травимости структурных составляющих. Структуру изучают на оптическом микроскопе в отраженном свете, так как металлы и сплавы непрозрачные. Схема отражения лучей от травленной поверхности и полученная структура приведены на Рисунке 4. В окуляре микроскопа наблюдаются светлые, серые, черные зерна.
Остается только расшифровать, какие это структурные составляющие. Оптический микроскоп для изучения микроструктуры представлен на Рисунке 5.
Главной частью микроскопа является оптическая система - набор линз, отражательных зеркал, призма, объектив. Микроструктуру можно наблюдать через окуляр 5. Микрошлиф кладется на предметный столик 8, под которым находится объектив. Четкость изображения микроструктуры регулируется винтами 11 и 4. Микроструктуру можно сфотографировать в фотокамере 3.
Рисунок 5 - Общий вид микроскопа МИМ-7: 1 - основание; 2 - корпус; 3 - фотокамера; 4 - микрометрический винт; 5 - визуальный тубус с окуляром; 6 - рукоятка иллюминатора; 7 - иллюминатор; 8 - предметный столик; 9 - клеммы; 10 - винты перемещения столика; 11 - макрометрический винт; 12 - осветитель; 13 - рукоятки светофильтров; 14 - стопорное устройство осветителя; 15 - рамка с матовым стеклом
1.3 Рентгеноструктурный анализ
Рентгеновский структурный анализ - это методы исследования структуры вещества по распределению в пространстве и интенсивностям рассеянного на анализируемом объекте рентгеновского излучения. ( Рентгеновские лучи - электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную область между гамма и ультрафиолетовым излучением в пределах длин волн от 10-12 до 10-5 см). Рентгеноструктурный анализ наряду с нейтронографией и электронографией является дифракционным структурным методом. В его основе лежит взаимодействие рентгеновского излучения с электронами вещества, в результате которого возникает дифракция рентгеновских лучей.
Дифракция рентгеновских лучей - рассеяние рентгеновских лучей кристаллами (или молекулами жидкостей и газов), при котором из начального пучка лучей возникают вторичные отклонённые пучки той же длины волны, появившиеся в результате взаимодействия первичных рентгеновских лучей с электронами вещества; направление и интенсивность вторичных пучков зависят от строения рассеивающего объекта. Дифракционная картина зависит от длины волны используемых рентгеновских лучей и строения объекта. Для исследования атомной структуры применяют излучение с длиной 1 , т. е. порядка размеров атомов волны. Методами рентгеноструктурного анализа изучают металлы, сплавы, минералы, неорганические и органические соединения, полимеры, аморфные материалы, жидкости и газы, молекулы белков, нуклеиновых кислот и т.д.
Рентгеноструктурный анализ и по сей день является самым распространенным методом определения структуры вещества в силу его простоты и относительной дешевизны.
Кристаллическая решетка - это регулярное трехмерное распределение атомов в пространстве, имеющее различную симметрию. Кристаллическая решетка в заданном направлении может рассматриваться как серия параллельных плоскостей, отстоящих друг от друга на расстоянии d. Любое кристаллическое вещество характеризуется определенным набором межплоскостных расстояний d с различными ориентациями плоскостей. Когда монохроматизированный рентгеновский луч с длиной волны l падает на систему кристаллических плоскостей под углом q, дифракция возникает, только если пути проходимые лучами, отраженными от различных кристаллических плоскостей, различаются на целое число длин волн. Это явление описано законом Брэгга: n l = 2 d sinq.
При изменении угла q, условия закона Брэгга удовлетворяются поочередно для различных систем плоскостей в поликристаллическом материале, в результате чего, на дифрактограмме исследуемого вещества последовательно, с изменением угла, появляются рентгеновские рефлексы - пики (линии дифрактограммы) с явным максимумом. Координаты и высота пиков характеризуют исследуемое вещество. Эти данные передаются в программное обеспечение, где обрабатываются в зависимости от вида исследований.
Принципиальная схема и главные компоненты дифрактометра Брег-Брентано показана на Рисунке 6.
Рисунок 6 -- Главные компоненты дифрактометра - рентгеновская трубка и детектор
Они размещаются на гониометре (система точной установки и отслеживания угла излучения по отношению к поверхности образца). Одно плечо гониометра задает угол облучения образца рентгеновской трубкой, другое определяет угол брэгговского отражения излучения от образца (т.е. детектируемый сигнал). Детектор во время движения (при изменении угла q) непрерывно регистрирует интенсивность рентгеновского излучения. Остальные части оптической схемы дифрактометра придают излучению такие свойства, чтобы оптимизировать его для решения тех или иных задач дифрактометрических исследований.
1.3.1 Идентификация и количественное определение фаз (фазовый анализ)
Наиболее распространенный вид дифрактометрических исследований - идентификация фаз и количественный анализ фазового состава образца. На Рисунке 7 показана типичная дифрактограмма образца: состоит из двух кристаллических фаз с разными размерами кристаллитов и аморфной фазы.
Рисунок 7 - Дифрактограмма
Каждой фазе образца соответствуют свои пики дифракции рентгеновского излучения (показаны различными цветами). Остроконечные пики получены от кристаллических фаз образца, а нелинейный фон - от аморфной фазы.
Рисунок 8 - Дифратометр ренгеновский общего назначения, ДРОН-7
Дифрактограмма содержит пики от всех фаз образца независимо от их числа. По положению пиков дифрактограммы определяют, какие кристаллические фазы присутствуют в образце т.е. происходит идентификация фаз.
Идентификация достигается путем нахождения в базе данных таких же рентгеновских пиков, как на дифрактограмме исследуемого образца. По высоте (интенсивности) пиков производят количественный анализ кристаллических фаз, то есть определяют концентрацию каждой кристаллической фазы образца. По интенсивности нелинейного фона определяют суммарное содержание аморфных фаз.
1.3.2 Применение рентгеноструктурного анализа
Рентгеноструктурный анализ позволяет объективно устанавливать структуру кристаллических веществ, в том числе таких сложных, как витамины, антибиотики, координационные соединения и т.д. Полное структурное исследование кристалла часто позволяет решить и чисто химические задачи, например установление или уточнение химической формулы, типа связи, молекулярного веса при известной плотности или плотности при известном молекулярном весе, симметрии и конфигурации молекул и молекулярных ионов.
Рентгеноструктурный анализ с успехом применяется для изучения кристаллического состояния полимеров. Ценные сведения даёт рентгеноструктурный анализ и при исследовании аморфных и жидких тел. Рентгенограммы таких тел содержат несколько размытых дифракционных колец, интенсивность которых быстро падает с увеличением q. По ширине, форме и интенсивности этих колец можно делать заключения об особенностях ближнего порядка в той или иной конкретной жидкой или аморфной структуре.
Важной областью применения рентгеновских лучей является рентгенография металлов и сплавов, которая превратилась в отдельную отрасль науки. Понятие «рентгенография» включает в себя, наряду с полным или частичным рентгеноструктурным анализом, также и другие способы использования рентгеновских лучей - рентгеновскую дефектоскопию (просвечивание), рентгеноспектральный анализ, рентгеновскую микроскопию и другое. Определены структуры чистых металлов и многих сплавов. основанная на рентгеноструктурном анализе кристаллохимия сплавов - один из ведущих разделов металловедения. Ни одна диаграмма состояния металлических сплавов не может считаться надёжно установленной, если данные сплавы не исследованы методами рентгеноструктурного анализа. Благодаря применению методов рентгеноструктурного анализа оказалось возможным глубоко изучить структурные изменения, протекающие в металлах и сплавах при их пластической и термической обработке.
Позволяя объективно определить структуру молекул и общий характер взаимодействия молекул в кристалле, исследование методом рентгеноструктурного анализа не всегда даёт возможность с нужной степенью достоверности судить о различиях в характере химических связей внутри молекулы, так как точность определения длин связей и валентных углов часто оказывается недостаточной для этой цели. Серьёзным ограничением метода является также трудность определения положений лёгких атомов и особенно атомов водорода.
2. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства ста лей
2.1 Общая характеристика состава углеродистых сталей
Углеродистые стали являются основной продукцией чёрной металлургии (90%).
Стали (углеродистые) являются многокомпонентными сплавами. Кроме основы - железа (от 97,0 до 99,5% Fe) и углерода (до 2,14%), имеются ряд примесей: Mn, Si, S, P, O, N, H и др.
Наличие Mn, Si обусловлено технологическими особенностями производства (попадают в сталь в процессе раскисления).
Наличие P, S, O, N, H обусловлено невозможностью полного удаления их из металла при выплавке.
Случайные примеси Ni, Cr, Cu и др. - попадают из легированного металлического лома.
Углерод вводится в простую углеродистую сталь специально.
Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания.
Т.о., углерод является основным элементом, при помощи которого изменяются свойства сплава на основе железа.
2.2 Влияние углерода на свойства стали
С изменением содержания углерода изменяется структура стали. В зависимости от содержания углерода она может иметь следующий вид:
< 0,8% C - Ф+П
0,81% C - П (100%)
> 0,81% C - П + ЦII.
Имея различную структуру, все стали состоят только из двух фаз: Ф и Ц.
Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода.
Феррит (Ф) - мягкая, пластичная фаза, твёрдость по Бринеллю - 80-90 НВ.
Цементит (Ц) - твёрдая и хрупкая фаза 1000-1100 НV (>800 НВ), (НВ и НV - близки по значению).
Технически чистое железо - мягкое, не содержит Ц или имеет ЦIII (его максимальное содержание в технически чистом железе может достигать - 0,29%).
В доэвтектоидных сталях появляется цементит входящий в перлит (Ф+Ц), следовательно твёрдость будет возрастать.
В эвтектоидной стили - цементита в перлите содержится 12%, остальное феррит.
В заэвтектоидной стали появляется ЦII - 20,4%, а также цементит входящий в перлит ~ 10%, т.о.всего его около 30%.
Следовательно, чем больше % С в стали, тем количество феррита уменьшается, а количество цементита увеличивается.
С увеличением в стали углерода возрастает твёрдость, пределы прочности и текучести и уменьшаются относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость.
Твёрдость линейно повышается с увеличением углерода (Рисунок 9).
Предел прочности (уВ) до 0,8 - 0,9% С растёт линейно, при дальнейшем увеличении углерода, т.е.у заэвтектоидных сталей, происходит выделение избыточного цементита (ЦII) по границам бывшего зерна аустенита, образующего сплошную сетку (скорлупу) - очень твёрдую и очень хрупкую, что и приводит к снижению предела прочности (при растяжении в сетке возникают напряжения, приводящие к разрушению).
Относительное удлинение (д, %), относительное сужение (ш, %) по мере увеличения углерода непрерывно снижаются (Рисунок 9).
Существенное влияние углерода на вязкие свойства. Ударная вязкость (KCU) характеризует сопротивление металла хрупкому разрушению (распространению трещин).
Ударная вязкость (KCU) по мере увеличения содержания углерода до 0,6% резко снижается.
Рисунок 9 - График влияния на металл увеличение углерода
Рисунок 10 - Схема копра для испытания на удар и образцы для испытания
Чем больше ударная вязкость (KCU), тем более вязкий образец (металл). Повышение содержания углерода облегчает переход стали в хладноломкое состояние. Влияние углерода на хладноломкость железа приведено на Рисунке 11. Каждая 0,1% С повышает температуру порога хладноломкости Тп.х. в среднем на 20?С и расширяет переходный интервал от вязкого к хрупкому состоянию.
Температура перехода из вязкого в хрупкое состояние (Рисунок 12).
Тп.х. - температура перехода из вязкого в хрупкое состояние.
Порог хладноломкости - температурный интервал изменения характера разрушения от вязкого к хрупкому.
Рисунок 11 - Влияние углерода на хладноломкость железа
Рисунок 12 - Переход из вязкого состояния в хрупкое
2.3 Влияние кремния и марганца
Кремний (Si) и марганец (Мn) переходят в сталь в процессе её раскисления при выплавке. Они раскисляют сталь, т.е. соединяясь с кислородом закиси железа FeO, в виде окислов переходят в шлак:
2FeO + Si = 2Fe + SiO,
FeO + Mn = Fe + MnO.
Частично Si u Mn остаются в стали:
Si - 0,35 - 0,4%,
Mn - 0,5 - 0,8%.
Удаляя О2 - Si и Mn - повышают плотность металла (слитка).
Si - сильно повышает предел текучести, снижает пластичность (стали с высоким содержанием Si не годятся к глубокой, холодной вытяжке). Поэтому стали предназначенные для холодной штамповки и холодной высадки должны содержать минимальное количество Si.
Mn - заметно повышает прочность ув, ут, практически не снижая пластичности. Резко уменьшает красноломкость стали.
2.4 Влияние серы
Сера (S) является вредной примесью. Попадает в сталь из чугуна (из золы и руды).
Содержание серы: S - 0,035 - 0,06% (0,018% S - качественная сталь). Сера образует с железом соединение FeS. Это соединение образуют с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления - Тпл = 988?С.
Наличие эвтектики вызывает красноломкость, т.е. хрупкость при высоких температурах. При нагреве до 1000-1200?С эвтектика, располагающая по границам зёрен, расплавляется и при деформации (ОМД) в стали возникают надрывы и трещины.
Вывозят серу из стали с помощью марганца. Марганец обладает большим сродством к сере, чем железо, и образует соединение MnS с высокой температурой плавления Тпл = 1620?С:
FeS + Mn > MnS + Fe.
Сера и её соединения при комнатных и пониженных температурах способствует снижению ударной вязкости стали, т. к. разрушение металла идёт по сульфидным включениям (поэтому ударная вязкость металла (KCU) снижается) (Рисунок 13).
Рисунок 13 - Влияние серы на вязкие свойства стали
Также сера снижает пластичность - д, ш%.
Сернистые включения ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость. Сера облегчает обрабатываемость резанием.
2.5 Влияние фосфора
Фосфор (Р) является вредной примесью. Содержится в пределах 0,025-0,045% Р. Попадает в сталь в процессе производства из руды, топлива, флюсов.
Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает решетку и увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает пластичность и вязкость.
Снижение вязкости тем значительнее, чем больше в стали фосфора.
Фосфор значительно повышает порог хладноломкости.
Каждая 0,01% Р повышает порог хладноломкости стали на 20 - 25?С (для углерода такое же влияние оказывает каждая 0,1%).
Фосфор обладает большой склонностью к ликвации (неоднородность распределения). Фосфор скапливается в серединных слоях слитка, по границам зёрен, сильно снижая ударную вязкость.
Фосфор (Р) - усиливает ковалентную (хрупкую) связь и ослабляет металлическую. С понижением температуры хрупкость металла увеличивается (хладноломкость) (рис. 6). Фосфор облегчает обрабатываемость стали режущим инструментом (создавая хрупкость). Совместное присутствие в стали фосфора и меди (Р + Сu) - повышает сопротивление коррозии.
Рисунок 14 - Влияние фосфора на хладноломкость стали (0,2% С, 1% Mn)
2.6 Влияние азота, кислорода и водорода
Кислород (О2): образует неметаллические включения оксиды - FeO, MnO, Al2O3, SiO2.
Азот (N2): образует нитриды - Fe4N, Fe2N, AlN.
Кислород и азот в свободном виде располагаются в раковинах, трещинах и др. Эти включения значительно уменьшают ударную вязкость, повышают порог хладноломкости и уменьшают пластичность, при этом повышается прочность стали (Рисунок 15).
Водород (Н2): при затвердевании часть водорода в атомарном состоянии остаётся в стали.
При переходе атомарного водорода в молекулярный повышается давление до 150 МПа, образуя эллипсовидные впадины - флокены, которые являются неисправимым браком. Флокены способствуют сильному охрупчиванию стали.
Рисунок 15- Влияние примесей внедрения кислорода и азота на вязкие свойства железа: а) кислород; б) азот
Частично удалить водород с поверхностного слоя можно путём нагрева до 150-180?С, лучше всего в вакууме ~ 10-2 - 10-3 мм. рт. ст. или нагрев до 800?С и выдержке, водород уходит и остаётся чистый металл.
2.7 Примеси цветных металлов
Примеси: Cu, Pb, Zn, Sb, Sn и др. Попадают в сталь в процессе переплавки бытового и машиностроительного лома. Их содержание невелико - сотые и даже тысячные доли процента (кроме меди - Cu ? 0,1 - 0,2%).
Эти примеси оказывают незначительное влияние на механические свойства. При точных исследованиях выявлено, что они повышают порог хладноломкости. Например, каждая 0,01% примеси повышает порог хладноломкости на следующую величину:
O2 - +15?C
N2 - + 10?C
C - +2?C
P - +7?C
Cu - +1?C
Sn - +30?C
Zn - +30?C
Sb - +20?C
3. Для деталей арматуры выбрана бронза марки БрОЦС 6-6-3. Расшифруйте состав сплава и опишите его структуру, механические свойства. Объясните назначение легирующих элементов в сплаве
3.1 Назначение легирующих элементов в сплаве бронза марки БрОЦС 6-6-3
Бронзы представляют собой сплав меди с оловом и другими металлами (свинцом, алюминием, кремнием, марганцем, никелем, железом). В связи с дефицитностью олова его применяют ограниченно, в основном используют для приготовления бронз.
В зависимости от состава бронзы делятся на оловянистые и безоловянистые (специальные), к которым относятся алюминиевая, кремнистая, свинцовистая и другие бронзы
Бронзы обладают хорошими литейными и антифрикционными свойствами, высокой прочностью и твердостью; при небольшом содержании легирующих элементов бронзы обрабатываются давлением.
Бронза. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы, в особенности оловянно-фосфористые: они широко применяются для изготовления вкладышей опор, несущих значительную спокойную нагрузку при высокой скорости, но они относительно дороги и по механической прочности уступают некоторым маркам безоловянных бронз, в особенности алюминиевым и свинцовистым бронзам.
Алюминиевые бронзы, содержащие железо, отличаются высокой прочностью и износостойкостью, но могут вызвать повышенный износ шипа, если твердость его не выше твердости вкладыша.
Свинцовистые бронзы в особенности ценны тем, что имеют большую ударную вязкость, вкладыши из этих бронз выдерживают значительные знакопеременные и ударные нагрузки.
3.2 Физические свойства бронзовых сплавов
1. Модуль упругости Е = 10000 2.
2. Модуль сдвига G = 3900-4500.
3. Обрабатываемость резанием 90%
4. Ударная вязкость 1 - 3
5. Электропроводность 0.09-0.1 мкОм*м (Значения удельного электросопротивления > ухудшение электропроводности)
6. Теплопроводность 0.25-0.18 кал/cм*с*С
Таблица 1 - Допускаемый режим работы бронзы БрОЦС 6-6-3
|
Марка и стандарт |
Область применения |
Допускаемый режим работы |
|||
|
[р] кГ/смІ |
[[v] м/с |
[рv] кГ·м/(смІ·с) |
|||
|
БрОЦС 6-6-3 литейные (ГОСТ 613-79) |
Подшипники турбин, электродвигателей, генераторов, центробежных насосов, ком прессоров и т. п. машин, работающих с постоянной нагрузкой |
50 |
3 |
100 |
|
|
Примечание: Значения [v] и [pv], указанные в таблице, не относятся к режиму жидкостного трения. |
3.3 Расшифровка состава сплава марки БрОЦС 6-6-3
Бронзы - это сплавы меди с различными элементами: оловом, алюминием, кремнием, хромом, кадмием, бериллием и др. Маркировка бронз начинается с букв Бр, далее следуют буквенные обозначения легирующих элементов, а затем цифры, показывающие содержание каждого элемента. Напр., бронза БрОЦС6-6-3 содержит 6%Sn, 6%Zn, 3%Pb, остальное - медь.
Таблица 2 - Химический состав БрОЦС 6-6-3
|
Оловянные бронзы |
Применение в промышленности |
||||||||
|
Марка |
Химический состав, % |
||||||||
|
Cu |
Sn |
Zn |
Pb |
P |
Ni |
Сумма примесей |
|||
|
БрОЦС - 6-6-3 |
осн |
4,0 - 6,0 |
4,0 - 6,0 |
4,0 - 6,0 |
- |
- |
не более 1,3 |
Арматура, антифрикционные детали, вкладыши подшипников |
|
|
Хорошие антифрикционные и литейные свойства, отлично обрабатывается резанием |
4. Магнитные стали и сплавы, характеристика и виды
4.1 Характеристика магнитных сталей и сплавов
Главными характеристиками магнитных сталей и сплавов являются: коэрцитивная сила и остаточная индукция.
Коэрцитивная сила -- Это такое значение магнитного поля напряженностью H, которое необходимо приложить к ферромагнетику, предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность или индукцию магнитного поля -- Коэрцитивная сила.
Остаточная индукция -- Индукция, сохраняющаяся в магнитном материале после намагничивания его до намагниченности технического насыщения и уменьшения напряженности магнитного поля в нем до нуля.
Рисунок 16 - Петля гистерезиса
Ферромагнетики -- вещества, у которых внутреннее магнитное поле в сотни и тысячи раз превышает вызвавшее его внешнее магнитное поле.
Магнитная проницаемость -- физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе. Для разных сред этот коэффициент различен, поэтому говорят о магнитной проницаемости конкретной среды (подразумевая ее состав, состояние, температуру и т. д.).
В зависимости от коэрцитивной силы и магнитной проницаемости магнитные сплавы разделяют на:
- магнитотвердые сплавы (имеют большую коэрцитивную силу и малую магнитную проницаемость;
- магнитномягкие сплавы (обладают малой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью.
Давайте рассмотрим поподробней эти два типа магнитных сплавов.
4.2 Магнитномягкие стали и сплавы
Как уже было сказано выше в данную категорию относятся стали и сплавы с малой коэрцитивной силой и большой магнитной проницаемостью. К данному виду сплавов относятся: техническое железно, электротехническая сталь, а так же другие специальные сплавы).
Что касается технического железа (низкоуглеродистая электротехническая тонколистовая сталь) то здесь содержание углерода находится на уровне ниже 0,04%, а магнитная проницаемость достигает больших величин 3500-4000 гс/э, коэрцитивная сила всего 1,2-0,8 э. Техническое железо применяется в качестве полюсных наконечников электромагнитов, для сердечников и другого.
Электротехническая сталь имеет в своём составе большое количество кремния, который растворён в феррите, именно благодаря нему увеличивается магнитная проницаемость (6000-8000 гс/э), а так же снижает коэрцитивную силу до 0,6-0,4 э.
4.3 Магнитотвердые стали и сплавы
Данная категория магнитных сталей и сплавов применяются для производства постоянных магнитов, и имеют большую и устойчивую коэрцитивную силу. К таким сталям относятся высокоуглеродистые, легированные стали, а также специальные стали.
Так углеродистые стали, У10-У12, после проведения закалки обладают достаточно высокой коэрцитивной силой (60-65 э.), так как их прокаливание осуществляется на небольшую глубину, из них изготавливают магниты небольшого сечения 4-7 миллиметров.
Что касается хромистых сталей, которые прокаливаются значительно глубже, нежели углеродистые, то их используют для изготовления магнитов с большим сечением, нежели предыдущие.
Хромистые, как и углеродистые стали обладают высокими магнитными свойствами, что касается хромокобальтовых сталей то их магнитные свойства находятся ещё на боле высоком уровне.
Если говорить о специальных магнитных сплавах то их магнитные свойства ещё выше, что позволяет мощные магниты, имеющие небольшие размеры, при этом магнитные сплавы обладают высокой твёрдостью, но при этом достаточно хрупкие.
Для изготовления магнитов данных сплавов используют спекание из порошка или же литьё.
Таблица 3 - Сплав прецизионный магнитно-мягкий
|
16Х |
27КХ |
34НКМ |
35НКХСП |
36КНМ |
|
|
40Н |
40НКМ |
45Н |
47НК |
47НКХ |
|
|
49К2Ф |
49К2ФА |
49КФ |
50Н |
50НХС |
|
|
50ХНС |
64Н |
68НМ |
76НХД |
77НМД |
|
|
79Н3М |
79НМ |
80Н2М |
80НХС |
81НМА |
|
|
83НФ |
83НФ-Ш |
Таблица 4 - Сплав прецизионный магнитно-твердый
|
25КФ14Н |
35КФ10Н |
35КХ4Ф |
35КХ6Ф |
35КХ8Ф |
|
|
52К10Ф |
52К11Ф |
52К12Ф |
52К13Ф |
ЕВ6 |
|
|
ЕХ3 |
ЕХ5К5 |
ЕХ9К15М2 |
Литература
1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980.
2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.
3. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972.
4. Волков Г. М. Материаловедение / Г. М. Волков .- М.: Издательство «Академия», 2008. - 400 с.
5. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Под ред. В. С. Чередниченко. - 3-е изд., стереотип. - М.: ОМЕГА - Л, 2007. - 751 с.
6. Фетисов Т. П. , Карпман М. Г., Матюхин В. П. и др. Материаловедение и технология металлов: Учебник для вузов. - М. : Высшая школа. 2007. - 639 с.
7. Стуканов В. А. Материаловедение: учебное пособие / В. А. Стуханов. - М.: Форум , 2011. - 368 с.
8. Технология конструкционных материалов: Учебное пособие для студентов вузов/ Под редакцией. Комарова О. С. - Минск: новое издания, 2007. - 567 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Углеродистые стали как основная продукция чёрной металлургии, характеристика их состава и компоненты. Влияние концентрации углерода, кремния и марганца, серы и фосфора в сплаве на свойства стали. Роль азота, кислорода и водорода, примесей в сплаве.
контрольная работа [595,8 K], добавлен 17.08.2009Классификация, свойства, применение, маркировка углеродистых и легированных сталей. Влияние углерода и примесей на их свойства. Термическая обработка сплава 30ХГСА. Измерение твёрдости методом Роквелла. Влияние легирующих элементов на рост зерна стали.
дипломная работа [761,3 K], добавлен 09.07.2015Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.
дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011Принципы обозначения стандартных марок легированных сталей, их механические свойства. Влияние вредных примесей, величины зерна на свойства. Виды закалки, структура сплава после нее. Понятие свариваемости стали. Коррозионные повреждения нержавеющей стали.
курсовая работа [5,1 M], добавлен 18.03.2010Свойства стали, ее получение и области применения. Классификация углеродистых сталей в зависимости от назначения, структуры, содержания углерода, качества. Качественные конструкционные углеродистые стали, их химический состав и механические свойства.
контрольная работа [999,9 K], добавлен 17.08.2009Влияние высокотемпературной термомеханической обработки на тонкую кристаллическую структуру аустенитных сталей и сплавов. Закономерности роста зерен металлов и сплавов при высоких температурах. Влияние температуры на характеристики металлов.
курсовая работа [534,9 K], добавлен 28.12.2003Классификация методов борирования сталей и сплавов. Марки сплавов, их основные свойства и области применения. Технологический процесс прокатки. Схема прокатного стана. Диффузионная сварка в вакууме. Сущность сверления, части и элементы спирального сверла.
контрольная работа [745,5 K], добавлен 15.01.2012Изучение свойств алюминиевого деформируемого сплава, где основным легирующим элементом является марганец. Влияние легирующих элементов на свойства и структуру сплава и основных примесей. Условия эксплуатации и области применения алюминиевых сплавов.
реферат [128,9 K], добавлен 23.12.2014Классификация, маркировка и области применения сталей. Сплавы с особыми физическими свойствами: прецизионные, магнитные, аустенитные. Химический состав электротехнических сталей. Натуральный и синтетический каучуки. Свойства резин специального назначения.
контрольная работа [133,3 K], добавлен 10.01.2013Классификация металлов: технические, редкие. Физико-химические свойства: магнитные, редкоземельные, благородные и др. Свойства конструкционных материалов. Строение и свойства сталей, сплавов. Классификация конструкционных сталей. Углеродистые стали.
реферат [24,1 K], добавлен 19.11.2007Особенности медных сплавов, их получение сплавлением меди с легирующими элементами и промежуточными сплавами - лигатурами. Обработка медных сплавов давлением, свойства литейных сплавов и область их применения. Влияние примесей и добавок на свойства меди.
курсовая работа [994,4 K], добавлен 29.09.2011Обзор состава простых конструкционных сталей. Получение чугуна и легированных сталей. Характерные особенности медно-никелевых сплавов. Применение алюминиевых бронз, нейзильбера, мельхиора в народном хозяйстве. Механические свойства сплавов меди с цинком.
презентация [3,3 M], добавлен 06.04.2014Классификация изотропных электротехнических сталей. Влияние химического состава на магнитные свойства. Технология производства изотропных сталей в условиях ОАО "НЛМК". Исследование влияния углерода на формирование структуры и текстуры изотропной стали.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 05.02.2012Построение кривых охлаждения для сплавов с заданным количеством углерода с использованием диаграммы железо-цементит. Состав, свойства и примеры применения легированных сталей, чугуна, высокопрочного сплава. Термическая обработка деталей. Газовая сварка.
контрольная работа [277,4 K], добавлен 01.03.2016Закаливаемость и прокаливаемость стали. Характеристика конструкционных сталей. Влияние легирующих элементов на их технологические свойства. Термическая обработка сплавов ХВГ, У8, У13 и их структуры после нее. Выбор вида и режима термообработки детали.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 12.01.2014Характеристика высокопрочного и ковкого чугуна, специфические свойства, особенности строения и применение. Признаки классификации, маркировка, строение, свойства и область применения легированных сталей, требования для разных отраслей использования.
контрольная работа [110,2 K], добавлен 17.08.2009Механические свойства сталей. Основные механические свойства, определяемые для низкоуглеродистых сталей. Статические и динамические нагрузки. Влияние азота, кислорода и водорода. Легирующие элементы и примеси. Машиностроительные стали и сплавы.
презентация [1,6 M], добавлен 12.09.2015Классификация сталей. Стали с особыми химическими свойствами. Маркировка сталей и области применения. Мартенситные и мартенсито-ферритные стали. Полимерные материалы на основе термопластичных матриц, их свойства. Примеры материалов. Особенности строения.
контрольная работа [87,0 K], добавлен 24.07.2012Трубы (газо- и нефтепроводы) и основные требования к ним. Влияние параметров контролируемой прокатки на структуру и свойства низкоуглеродистой низколегированной стали 10Г2ФБ. Влияние исходной структуры стали после дополнительной термической обработки.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.07.2012Классификация углеродистых сталей по назначению и качеству. Направления исследования превращения в сплавах системы железо–цементит и сталей различного состава в равновесном состоянии. Определение содержания углерода в исследуемых сталях и их марки.
лабораторная работа [1,3 M], добавлен 17.11.2013
