Свойства сплавов. Магнитная дефектоскопия. Сварочные соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по дисциплине Материаловедение

Свойства сплавов. Магнитная дефектоскопия. Сварочные соединения

1. Определить предел прочности на растяжение у_в МН/м² (кгс/мм²), относительное удлинение д (%), относительное сужение ш (%), если расчетная длина образца l₀ = 200 мм и диаметр d₀ = 20 мм. После испытания длина образца l₁ = 270 мм, а площадь в месте разрыва F₁ = 180 мм². Наибольшая нагрузка, предшествующая разрыву Р = 160000 Н. 1МН/м² ? 0,1 кгс/мм²

Предел прочности

где Р - наибольшая нагрузка, предшествующая разрыву

F₀ - площадь образца до разрыва

Относительное удлинение

где - абсолютное удлинение

l₁ - длина образца до испытания

l₀ - длина образца после испытания

Относительное сужение

где F₁ - площадь образца в месте разрыва

2. Вычертите в масштабе упрощенную диаграмму состояния сплавов железо-цементит с указанием структур во всех областях диаграммы. Кратко опишите структурные превращения сплава С = 1,6% при медленном нагревании от температуры 250°С до температуры 1500°С. Дайте определение каждой структуре, получаемой при нагревании данного сплава

Упрощенная диаграмма состояния железо-цементит и линия заданного сплава представлена на рисунке 1. При нагревании сплава, содержащего 1,6% углерода, с температуры 250°С до 727°С (точка 1) сплав представлен цементитом и перлитом (перлит - механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,83% углерода. Перлит образуется при перекристаллизации (распаде) аустенита при температуре 723°С. Перлит присутствует во всех железоуглеродистых сплавах при температуре ниже 723°С, обладает высокой прочностью и твердостью. Поэтому чем больше перлита в сплаве, тем выше показатели механических свойств сплава; цементит - химическое соединение железа с углеродом, соответствующее формуле Fe₃C с концентрацией углерода 6,67%. Цементит, как фаза, может образовываться из жидкой и твердой фаз при различных температурах. Цементит, выделяющийся, из аустенита называется вторичным Ц_II).

Рис. 1. Диаграмма состояния железо-цементит и линия заданного сплава

В точке 1 протекает эвтектоидное превращение, в результате которого образуется аустенит (аустенит - твердый раствор внедрения углерода в г-железе. Имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную - 0,8 % при температуре 727°С, максимальную - 2,14% при температуре 1147°С . В обычных сталях аустенит устойчив только при температуре выше критических точек. При охлаждении, даже самом быстром, с этих температур аустенит превращается в другие структуры). Эвтектоидное превращение идет при постоянной температуре. Между точками 1 и 2 присутствует аустенит и цементит. При температуре, соответствующей точке 2, цементит исчезает, и сплав выше этой точки представлен только аустенитом. В точке 3 начинается плавление смеси. В точке 1 плавление заканчивается и выше точки 1 до температуры 1500°С существует только жидкая фаза (жидкая фаза - неориентированный раствор железа и углерода, распространяющийся выше линии ликвидус).

3. Выберите и обоснуйте марки сплавов для следующих изделий

1. Втулка

2. Корпус стеклоподьёмника

3. Двери кабин

Укажите примерный химический состав

1. Бронзовая втулка - это определенная деталь механизма, которая имеет коническую или цилиндрическую форму, сделана она из бронзы, в центре имеется отверстие для сопряжения с другими деталями в таких механизмах, как (техника, приборы, оборудование).

Сплавы для бронзовых втулок - Государственный стандарт, по которому изготавливают втулки из бронзы - это стандарт на химический состав сплава. Литые оловянные бронзы - химический состав по ГОСТ - 613-79 Безоловянные бронзы - химический состав по ГОСТ -493-79. В случае изготовления втулки из оловянной бронзы, обрабатываемой давлением, то ее состав по ГОСТ-5017-2006. Для безоловянных бронз, обрабатываемых давлением, химический состав по ГОСТ -18175-78.

Система маркировки бронзы буквенно-цифровая. В марке сначала ставятся буквы, -- Бр, после которых пишутся буквы, означающие название компонентов, входящих в состав данной бронзы, кроме меди, которая в марке не указывается. Процентное содержание элементов обозначается цифрами. Цифры пишутся после букв в такой же последовательности. Например, марка БрОЦСНЗ-7-5-1 означает, что в этой бронзе содержится олова в среднем 3%, цинка 7%, свинца 5%, никеля 1%, остальное -- медь -- 84 %.

2 Корпус стеклоподъемника. Свойства материала детали

Деталь изготовлена из алюминиевого литейного сплава АЛ9 ГОСТ 2685-53, который применяется для изготовления фасонных отливок, сплав отличается высокой герметичностью. Алюминиевый литейный сплав имеет следующий состав и свойства:

Химический состав в % материала АЛ9.

FeSi Mn AlCuPbBe Mg Zn Sn Примесей- до 1.56 - 8до 0.589.6 - 93.8до 0.2до 0.05до 0.10.2 - 0.4до 0.3до 0.01всего 2 Ti+Zr<0.15

Механические свойства при Т=20oС материала АЛ9

СортаментРазмерНапр.ssTd5y KCU Термообр.- мм - МПа МПа % % кДж / м2- литье в песчаную форму 170 1202 литье в кокиль 230 1404

Твердость материала АЛ9 , литье в кокиль HB 10 -1 = 70 МПа Твердость материала АЛ9 , литье в песчаную форму HB 10 -1 = 60 МПа Физические свойства материала АЛ9

TE 10- 5a 10 6lrCГрад МПа 1/Град Вт/(мград)кг/м3 Дж/(кгград)20 0.7 2660 100 21.8 155 880

Литейно-технологические свойства материала АЛ9.

Линейная усадка, % :1

3 Двери кабин - Сплавы алюминия с кремнием (силумины) Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9) отличаются высокими литейными свойствами, а отливки - большой плотностью. Силумины сравнительно легко обрабатываются резанием.

Для создания магниевых сплавов целесообразно использовать следующие системы легирования:

1) Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Al-Zn - для мало- и среднепрочных сплавов общего назначения; тем более, что Al и Zn являются наиболее дешевыми из легирующих элементов: МА2, МА3, МА5, МЛ5, МЛ6;

2) Mg-Li - для малопрочных, высокопластичных, но главное - сверхлегких сплавов: МА18, МА21;

3) Mg-Mn - для сплавов с повышенной коррозионной стойкостью: МА1, МА8;

4) Mg-Zn-Zr - для сплавов повышенной прочности и жаропрочности: МА14, МА15, МА19, МА20, МЛ8, МЛ12, МЛ15, МЛ17, МЛ18;

5) Mg-РЗМ-Zr - для жаропрочных литейных сплавов: МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ19.

Магниевые сплавы обрабатываются резанием лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы, легко шлифуются и полируются. Они удовлетворительно свариваются контактной, роликовой или аргонодуговой сваркой. Магниевые сплавы имеют невысокие литейные свойства. Различные виды термической обработки магниевых сплавов обозначают следующим образом: Т1 - искусственное старение без предварительной закалки; Т2 - отжиг; Т4 - закалка; Т6 - закалка на воздухе и искусственное старение.

В самолетостроении из магниевых сплавов изготавливают колеса и вилки шасси, передние кромки крыльев, различные рычаги, корпуса приборов, фонари и двери кабин, детали планера самолета. В ракетной технике из магниевых сплавов изготавливают корпуса ракет, кислородные баки, опорные узлы, стабилизаторы. Магний очень слабо поглощает тепловые нейтроны и не взаимодействует с ураном. Поэтому его используют для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов в атомных реакторах.

4. Магнитная дефектоскопия, описание процесса, схема исследования

Физические основы магнитной дефектоскопии. Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитных потоков рассеяния, возникающих при наличии различных дефектов, в намагниченных изделиях из ферримагнитных материалов (железа, никеля, кобальта и некоторых сплавов).

Намагничивание осуществляется пропусканием тока по детали, созданием магнитного поля вокруг детали магнитом или электромагнитом.

Простым способом создания магнитного потока является пропускание тока плотностью 15--20 А/мм по виткам сварочного провода, наматываемого тремя -- шестью витками на изделие. Для намагничивания лучше применять постоянный ток.

Магнитный поток, распространяясь по изделию и встречая на своем пути дефект, огибает его вследствие того, что магнитная проницаемость дефекта значительно ниже магнитной проницаемости основного металла. В результате этого часть магнитно-силовых линий вытесняется дефектом на поверхность, образуя местный магнитный поток рассеяния (рис. 2).

В зависимости от способа регистрации магнитного потока рассеяния магнитные методы контроля подразделяют на магнитопорошковый и магнитографический. В первом случае потоки рассеяния выявляются с помощью магнитного порошка, во втором -- регистрируются на магнитную ленту.

Рис. 2. Распределение магнитного потока по сечению качественного (а) и дефектного (б) шва

при оптимальных режимах в зависимости от типа Магнитографический метод. Сущность этого метода (рис. 3) заключается в намагничивании контролируемого участка сварного шва и околошовной зоны с одновременной записью магнитного поля на магнитную ленту и последующем считывании полученной информации с нее специальными устройствами магнитографических дефектоскопов.

Технология магнитографического контроля включает следующие операции: очистку контролируемых соединений от шлака, налипших брызг металла и различных загрязнений;

наложение на шов отрезка размагниченной магнитной ленты и ее прижим эластичной резиновой лентой; намагничивание контролируемого изделия намагничивающего устройства,

Рис. 3. Схема магнитографического контроля -- сварной шов; 2--дефект; 3 -- магнитная пленка; 4-- намагничивающее устройство

Дефектоскоп настраивают и проверяют на эталонной плите, сварной шов которой имеет искусственные дефекты определенного характера и размера

Рис. 4. Принципиальная схема магнитной головки: а -- распределение магнитного потока при отсутствии дефекта в сварном шве; б -- распределение магнитного потока при наличии дефектов; 1 -- клеммы подключения катушки намагничивания к трансформатору; 2 и 3 -- клеммы подключения индукционной катушки (датчика) к усилителю и к заземляющему устройству; 4-- электромагнит; 5 -- условные линии магнитного потока

5 Алюминиевые сплавы. Свойства применение, маркировка

Сплавы системы Al-Mg характеризуются сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, очень хорошей свариваемости и коррозионной стойкости^]. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью.

В сплавах этой системы, содержащих до 6 % Mg, образуется эвтектическая система с атомным составом Al₃Mg₂ c твердым раствором на основе алюминия. Наиболее широкое распространение в промышленности получили сплавы с содержанием магния от 1 до 5 %.

Рост содержания Mg в сплаве существенно увеличивает его прочность. Увеличение концентрации магния на каждый процент повышает предел прочности сплава на ~30 МПа, а предел текучести -- на ~20 МПа. При этом относительное удлинение уменьшается незначительно и находится в пределах 30--35 %.

Сплавы с содержанием магния до 3 % (по массе) структурно стабильны при комнатной и повышенной температуре даже в значительно нагартованном состоянии. С ростом концентрации магния в нагартованном состоянии структура сплава становится нестабильной. Кроме того, увеличение содержания магния свыше 6 % приводит к ухудшению коррозионной стойкости сплава.

Для улучшения прочностных характеристик сплавы системы Al--Mg легируют хромом, марганцем, титаном, кремнием или ванадием. Примеси в сплавы этой системы меди и железа стараются избегать, поскольку они снижают их коррозионную стойкость и свариваемость.

Применение - Практически нет ни одной отрасли машиностроения, в которой бы не использовали в той или иной мере алюминиевые сплавы. Их применяют в строительных конструкциях, судостроении, железнодорожном и автомобильном транспорте, летательных аппаратах, нефтяном и химическом машиностроении, электротехнике и т. д.

Из алюминиевых сплавов изготавливают самые разнообразные детали холодильной и криогенной техники. Их применяют для изготовления хранилищ и емкостей для транспортировки жидких газов: кислорода, азота, водорода и гелия, не говоря уже об установках сжижения и хранения природного газа. Алюминиевые сплавы используют в качестве материла для ректификационных колонн и трубных систем.

Алюминиевые сплавы находят широкое применение для криогенного оборудования, используемого в космосе. Из них изготавливают баки для жидкого кислорода и водорода диаметром 6,5 м и более, баллоны для сжатого гелия.

Маркировка по ГОСТ - Принята буквенно-цифровая система маркировки. Буква, стоящая в начале, означает:

А -- технический алюминий;

Д -- дюралюминий;

АК -- алюминиевый сплав, ковкий;

АВ -- аваль;

В -- высокопрочный алюминиевый сплав;

АЛ -- литейный алюминиевый сплав;

АМг -- алюминево- магниевый сплав;

АМц -- алюминево- марганцевый сплав;

САП -- спечённые алюминиевые порошки;

САС -- спечённые алюминиевые сплавы.

Вслед за буквами идёт номер марки сплава. За номером марки сплава ставится буква, обозначающая состояние сплава:

М -- сплав после отжига (мягкий);

Т -- после закалки и естественного старения;

А -- плакированный (нанесён чистый слой алюминия);

Н -- нагартованный;

П -- полунагартованный.

6. Общие сведения о сварке, типы сварочных соединений

Сварка металлов представляет собой технологический процесс получения неразъемного соединения металлов за счет установления межатомных или межмолекулярных связей или их диффузии. В зависимости от вида энергии, необходимой для обеспечения данных связей, различают три класса сварки: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением, -- местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии. Источниками теплоты при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и теплота, выделяемая при электрошлаковом процессе.

Источники теплоты характеризуются температурой и концентрацией, определяемой наименьшей площадью нагрева в месте сварки и наибольшей плотностью тепловой энергии в месте нагрева. Эти характеристики определяют технологические свойства источников нагрева металла при сварке и наплавке.

Степень концентрации теплоты в электрической дуге в десятки раз, в плазме -- в тысячи, а в фотонном луче (лазерная обработка) -- в десятки тысяч раз выше, чем в газовом пламени. Основные виды сварки термического класса -- дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, лазерная, термитная и др.

Дуговая сварка -- сварка плавлением, при которой нагрев осуществляют электрической дугой. Особым видом дуговой сварки является плазменная сварка, при которой нагрев осуществляют сжатой дугой.

Газовая сварка -- сварка плавлением, при которой кромки соединяемых частей нагревают пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки.

Электрошлаковая сварка -- сварка плавлением, при которой для нагрева металла используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

Электронно-лучевая сварка -- сварка, в которой для нагрева используют энергию электронного луча. Теплота выделяется за счет бомбардировки зоны сварки направленным электронным потоком.

Лазерная сварка осуществляется энергией светового луча, полученного от оптического квантового генератора-лазера.

При термитной сварке используют теплоту, образующуюся в результате сжигания термит-порошка, состоящего из смеси алюминия и оксида железа.

Основные типы сварочных соединений

В зависимости от того, как располагаются свариваемые элементы в пространстве, можно говорить о нескольких основных типах сварных соединений. При работе с листами металла выделяют следующие типы:

· нахлесточные;

· стыковые;

· угловые;

· тавровые;

· прорезные.

сплав дефектоскопия сварочный

Литература

1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. - М.: Металлургия, 1983.

2. Гуляев А.П., Малинина К.А., Саверина С.М. Инструментальные стали: Справочник. - М.: Машиностроение, 1975.

3. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник. - М.: Машиностроение, 1992.

4. Калачев Б.А., Ливанов Б.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М.: МИСИС, 2005.

Размещено на Allbest.ru