Анализ изделий из металла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Выберите и обоснуйте методы определения твердости для следующих деталей: а) отливки из серого чугуна, б) цианированной шестерни

2. Начертите диаграмму «Железо - цементит», укажите структуры во всех областях. Подробно опишите структуры белого чугуна, содержащего 2,5 % углерода, при 200 С и 10000 С. Укажите состав ледебурита при этих температурах

3. В чем сущность диффузионной металлизации стали? Какие методы диффузионной металлизации наиболее часто применяются и их цель

4. Укажите состав, свойства, принцип маркировки и назначение следующих сплавов: ЕХ5К5, 5ХНВА, БрБ2, ЛК80-3, ВК3М

твердость диффузионный металлизация сплав

1. Выберите и обоснуйте методы определения твердости для следующих деталей: а) отливки из серого чугуна, б) цианированной шестерни

Одним из критериев прочности при статических испытаниях материалов, определяющих его конструкционную прочность, является твёрдость. Твердость - свойство материала оказывать сопротивление деформации в поверхностном слое при местных контактных воздействиях. В зависимости от вида местных контактных воздействий методы измерения твердости классифицируются:

- метод царапания (приближенное определение твердости тарированными напильниками);

- метод упругого отскока бойка по Шору;

- метод ударного отпечатка бойка;

- метод вдавливания более твёрдого идентора (по Бринелю; по Роквеллу; по Виккерсу, измерения микротвердости).

Преимущества методов определения твердости:

- быстрота и простота метода по технике исполнения;

- возможность оценки качества готового изделия вне зависимости от формы и размеров без его разрушения;

- возможность ориентировочной оценки по твердости других механических свойств материала;

- возможность испытаний малопластичных материалов.

Наибольшее распространение в практике получили методы измерения твердости вдавливанием в испытываемый материал более твердого идентора.

а) отливки из серого чугуна

Серый чугун широко применяют в машиностроении, так как он дешев, хорошо обрабатывается, обладает высокими литейными и механическими свойствами. Однако он имеет низкую вязкость, и поэтому отлитые из чугуна детали не должны подвергаться ударному воздействию.

Механическая прочность серого чугуна зависит от формы, величины и распределения графитовых включений, а также от прочности основной металлической массы - структуры.

В расплавленном чугуне углерод находится в растворенном состоянии и равномерно распределяется по всей массе расплава. В твердом чугуне углерод может находиться в виде химического соединения с железом (карбида железа), называемого цементитом. При медленном охлаждении расплавленного чугуна часть углерода выделяется в виде пластинок графита, что придает излому отливок серый цвет. Пластинки графита, вкрапленные в металлическую основу, бывают различными по величине и форме. Нарушая сплошность основы, включения графита делают чугун сравнительно хрупким и снижают его механические свойства. Чем крупнее включения графита, тем ниже прочность чугуна. Структура металлической основы серого чугуна может состоять из феррита и перлита.

б) цианированной шестерни

2. Начертите диаграмму «Железо - цементит», укажите структуры во всех областях. Подробно опишите структуры белого чугуна, содержащего 2,5 % углерода, при 20⁰ С и 1000⁰ С. Укажите состав ледебурита при этих температурах

Диаграммы состояния представляют собой графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Диаграммы состояния строят для условий равновесия, т. е. такого состояния сплава, которое достигается при очень малых скоростях охлаждения или длительном нагреве. Диаграммы состояния сплавов в равновесном состоянии являются теоретическими диаграммами, так как истинное равновесие в практических условиях достигается редко. В большинстве случаев сплавы находятся в метастабильном состоянии, т. е. в состоянии с ограниченной устойчивостью.

Компонентами состояния системы «железо - цементит» являются:

Железо - температура плавления 1539 ⁰ С (точка А), температура полиморфного превращения 911 ⁰ С (точка G).

Цементит - температура плавления 1560 ⁰ С (точка D).

В структуру входят: феррит (Ф) - твердый раствор углерода в - железе. Феррит - твердый раствор внедрения: атомы углерода располагаются в междоузлиях решетки - железа. Он магнитен и весьма пластичен. Аустентит (А) - твердый раствор углерода в - железе. Аустентит существует только при высоких температурах. Растворимость углерода высокая. Она возрастает при повышении температуры и достигает максимального значения 2,14% при температуре 1147 ⁰ С (точка Е). Аустенит твердый раствор внедрения. Аустенит немагнитен, его удельный объем меньше, чем у феррита, вследствие более высокой атомно плотности.

Цементит, феррит и аустенит являются однофазными структурными составляющими.

Белый чугун. В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии - в цементите. Структура белых чугунов описывается диаграммой состояния системы Fe - Fe₃C. В структуре белых чугунов присутствует большое количество цементита, химического соединения с высокой твердостью (800 - 1000 HV), поэтому белые чугуны, также имеющие высокую твердость (450…550 HB), обладают большой хрупкостью. Основное назначение белого чугуна - это переработка на ковкий чугун.

Ледебурит - это смесь аустенита и цементита. Ледебурит образуется при кристаллизации жидкости постоянного состава (4,3% С). Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой Ж_4,3 ЛА_2,14 + Ц_6,67. Цифры означают содержание углерода в соответствующих фазах в момент превращения, равное 2,14%, соответствует точке Е диаграммы; содержание углерода в цементите 6,67% - точке F. Конода при температуре 1147⁰ С совпадает с линией диаграммы ECF. Ледебурит имеет высокую твердость (550 HV), очень хрупок. При температуре 727 ⁰ С в сплавах с содержанием углерода 0,02% и более аустенит превращается в смесь феррита и цементита, при чем эти фазы выделяются одновременно.

3. В чем сущность диффузионной металлизации стали? Какие методы диффузионной металлизации наиболее часто применяются и их цель

Диффузионная металлизация - это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали металлами. Наиболее часто применяются алитирование и хромирование.

Алитирование - процесс насыщения поверхности стали алюминием, который проводят при 900…1000 ⁰С в течение 3…12 ч.

В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850…900⁰ С) и коррозионную стойкость в атмосфере и ряде агрессивных сред. Алитированию подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных машин и т.д.

Хромирование - поверхностное насыщение хромом, которое проводят для повышения коррозионной стойкости, кислотостойкости и окалиностойкости (до 850⁰С). Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей повышает твердость и износостойкость.

Хромирование чаще всего проводят в порошкообразных смесях, состоящих из 50% металлического хрома или феррохрома, 49% оксида алюминия и 1% хлорида аммония, при 1000…1050 ⁰С. Диффузионный слой, получаемый при хромировании углеродистых сталей, состоит из карбидов хрома, в которых растворено некоторое количество атомов железа. Этот слой имеет высокую твердость 1200…1300 HV. Толщина хромированного слоя достигает 0,015…0,020 мм при длительности процесса 6…15 ч.

Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей, а также деталей, работающих в агрессивных средах.

Также разработаны технологии титанирования (насыщения титаном) и цинковвания (насыщение цинком) стальных деталей.

4. Укажите состав, свойства, принцип маркировки и назначение следующих сплавов: ЕХ5К5, 5ХНВА, БрБ2, ЛК80-3, ВК3М

ЕХ5К5. Магнитная сталь относится к магнитотвердым материалам и маркируется буквой Е. Х - означает, что сталь легированна хромом и К - кобальтом. Соответственно - ЕХ5К5, сталь содержащая 1% С, 5% Cr, 5% Co. Легированные конструкционные стали характеризуются большей прокаливаемостью, поэтому из них можно изготавливать магниты больших размеров.

5ХНВА. Сплав относится к штамповым сталям горячего деформирования. В качестве полутеплостойких используют легированные стали 5ХНВА, содержащие 0,5% С. Эти стали закаливают на первичную твердость. Х - содержание хрома - 5 - 12% - полутеплостойкими. Основное использование этих сталей - для молотовых штампов.

БрБ2. Этот сплав относится к медным сплавам. Б2 - наличие 2,0…2,5% бериллия. Следовательно БрБ2 - бериллиевая бронза. Высокие значения пределов прочности и, главное, текучести определили применение бериллиевых бронз для изготовления пружин, мембран и др. При ударе бериллиевой бронзы о другой металл не возникает искры, поэтому из не делают инструмент для работ во взрывоопасных условиях. Бронзы обладают хорошими технологическими свойствами: свариваемостью, обрабатываемостью резанием.

ЛК80-3. Сплав относится к материалам для свайки и пайки. Для алюминия и его сплавов используют дуговую сварку. При сварке латуней наплавляемый материал - латунь; флюс - смесь хлорида калия (50%); криолита (35%); хлорида натрия (12,5%); древесного угля (2,5%).

ВК3М. Металлокерамический твердый сплав. Этот сплав относится к материалам для изготовления режущего инструмента. Это твердый фольфрамокобальтовый сплав. Его маркируют буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта. Данный сплав используется для режущего инструмента. Содержание 3…8% Со - низкокобальтовый сплав. Значительное влияние на свойства твердых сплавов оказывает размер карбидных частиц - М - мелкозернистые. Применяются для обработки материалов, при резании которых образуется стружка надлома: в первую очередь чугунов, а также цветных металлов, стеклопластиков.

Размещено на Allbest.ru