Электротехнические и конструкционные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Сплавы железа с углеродом. Чугуны, их классификация, свойства, строение. Влияние примесей на свойства чугунов и область применения. Принцип маркировки. Приведите примеры марок чугунов. Немагнитные чугуны и их назначение

2. Газообразные диэлектрики. Механизм электропроводности газообразных электроизоляционных материалов. Какие газообразные электроизоляционные материалы являются важнейшими? Их характеристики, области применения

3. Припои. Типы припоев, их состав, марки и назначение. От чего зависит выбор типа припоев? Флюсы, применяемые при пайке, их назначение. На какие группы делятся флюсы по действию, оказываемому на металл? Их виды, состав, применение

4. Какие материалы являются ферромагнитными? Какими магнитными характеристиками оцениваются магнитные свойства ферромагнетиков? Опишите их

5. Опишите технологию производства алюминия электролизом глинозема. Приведите состав алюминиевых руд

6. Из каких операций состоит процесс получения отливок в оболочковых (скорлупочных) формах. Укажите преимущества этого способа перед литьем в земляные формы

7. В чем сущность процесса прокатки? Какое значение имеет прокатка заготовок периодического профиля?

8. Перечислите основные виды сварки. Каковы преимущества сварных соединений перед другими видами неразъемных соединений?

Список использованной литературы

1. Сплавы железа с углеродом. Чугуны, их классификация, свойства, строение. Влияние примесей на свойства чугунов и область применения. Принцип маркировки. Приведите примеры марок чугунов. Немагнитные чугуны и их назначение

Сплавы железа с углеродом подразделяются на стали, содержащие до 2,14% углерода, и чугуны, содержащие от 2,14 до 6,67% углерода. Стали и чугуны являются основными конструкционными материалами, применяемыми в различных отраслях промышленности. Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом (рис.1) дает возможность определить строение углеродистых сталей и чугунов в зависимости от содержания углерода и температуры, выбрать режимы термической и других видов обработки. При взаимодействии железа с углеродом образуется цементит - устойчивое химическое соединение Fe3C содержащее 6,67% углерода. Если цементит является самостоятельным компонентом, то диаграмму состояния сплавов железа с углеродом обычно рассматривают при содержании углерода до 6,67%. При большем содержании углерода сплавы становятся очень хрупкими и не пригодными для использования. Поэтому эту часть диаграммы называют диаграммой состояния «железо-цементит», на ней приведены две оси концентраций компонентов: одна показывает содержание углерода до 6,67%, а вторая - количество цементита до 100%. Верхняя часть диаграммы «железо-цементит» представляет собой диаграмму состояния III рода (без верхнего правого угла) с ограниченной растворимостью в твердом состоянии на стороне железа и отсутствием растворимости со стороны цементита. Линия диаграммы ABCD - ликвидус, а линия AHJECF - солидус.

Основными компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо и углерод. Железо имеет плотность 7,68 г/см3, температуру плавления 15360C. В зависимости от температуры железо может существовать в двух аллотропических формах. При температуре от 1392 до 15390C и ниже 9110C существует a-железо с решеткой ОЦК, а в интервале температур 911-13920C существует g-железо с решеткой ГЦК. До температуры 7680C железо обладает магнитными (ферромагнитными) свойствами, а при более высокой температуре оно теряет эти свойства. Железо обладает невысокими твердостью (НВ 80), прочностью (sв=250 Н/мм2)и достаточно высокой пластичностью (d5=50%, y=80%). Углерод является неметаллическим элементом, его плотность составляет 2,25 г/см3. Углерод, как и железо, полиморфен и может существовать в виде двух основных модификаций: графита и алмаза. При нормальных условиях он существует в виде графита, имеющего простую гексагональную решетку, а при высоких давлениях и температурах - в виде алмаза, имеющего сложную кубическую решетку.

Рис.1. Диаграмма состояний соединения «железо-цементит»

В сплавах системы «железо-цементит» основными фазами являются: жидкий раствор, феррит, аустенит и цементит. Жидкий раствор (Ж) существует выше линии ликвидус, где при растворении углерода в железе образуется жидкая фаза. Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в a-железе, имеет низкую твердость и прочность, но хорошую пластичность. При температуре 14990С достигается максимальная растворимость в a-железе (0,1%). При снижении температуры растворимость углерода в a-железе уменьшается: от 0,02% при температуре 7270С до 0,01% при температуре 6000С. Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в g-железе, имеет большие твердость и прочность, чем феррит при достаточно хорошей пластичности. Максимальная растворимость углерода в g-железе достигает 2,14% при температуре 11470С. При снижении температуры растворимость углерода в g-железе уменьшается и при 7270С составляет 0,8%. Цементит (Ц) - карбид железа Fe3C образуется при содержании углерода 6,67%. Цементит имеет сложную ромбическую решетку. Он обладает высокими твердостью и хрупкостью. На диаграмме состояния «железо-цементит» цементит обозначен с цифровыми индексами: ЦI - цементит первичный, кристаллизующийся из расплава (по линии DC); ЦII - цементит вторичный, выделяющийся из аустенита (по линии ES); ЦIII - цементит третичный, выделяющийся из феррита (по линии PQ). В сплавах железа с углеродом образуется два типа механических смесей - перлит и ледебурит. Перлит (П) - механическая смесь (эвтектоид) тонких пластинок цементита с более толстыми пластинками феррита. Он образуется при распаде аустенита с содержанием углерода 0,8% при температуре 7270С. Ледебурит (Л) - механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, кристаллизующаяся из жидкой фазы с содержанием углерода 4,3% при температуре 11470С. Этот ледебурит называют высокотемпературным или аустенитным (ЛА); температурная область его существования от 1147 до 7270С. При температуре 7270С аустенит превращается в перлит, а ледебурит ниже этой температуры представляет собой механическую смесь перлита и цементита. Поэтому этот ледебурит называют низкотемпературным или перлитным (ЛП). Ледебурит любой модификации (ЛА и ЛП) содержится только в чугунах и отсутствует в сталях. На «стальном» участке диаграммы «железо-цементит» точка S (углерода 0,8%) называется эвтектоидной точкой, а линия PSK - эвтектоидной линией. В связи с этим углеродистые стали в зависимости от содержания углерода подразделяются относительно эвтектоидной точки S на эвтектоидные (углерода 0,8%), доэвтектоидные (углерода менее 0,8%) и заэвтектоидные (углерода менее 0,8%). При температуре ниже 7270С микроструктура эвтектоидных сталей состоит только из перлита, доэвтектоидных - из феррита и перлита, заэвтектоидных - из перлита и цементита вторичного. На чугунном участке диаграммы точка С (углерода 4,3%) называется эвтектической точкой, а линия ЕС - эвтектической линией. Чугуны по аналогии с углеродистыми сталями в зависимости от содержания углерода, но уже относительно эвтектической точки С, подразделяютсяна эвтектические (углерода4,3%), доэвтектическиеь (углерода менее 4,3%) и заэвтектические (углерода более 4,3%). При температуре ниже 7270С структура эвтектических чугунов состоит из эвтектики ледебурита низкотемпературного (ЛП), доэвтектических чугунов - из перлита и ледебурита (ЛП) и заэвтектических чугунов - из ледебурита (ЛП) и цементита первичного (ЦI). Электротехнические и конструкционные материалы: Учеб.пособие для студ. Учреждений сред.проф.образования/ В.Н.Бородулин, А.С. Воробьев, В. М. Матюнин и др.; Под ред. В.А. Филикова.- М.: Мастерство: Высшая школа, 2000.- 280 с.

Чугуны. Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2,14 %, называют чугуном. Углерод в чугунах может находиться в свободном состоянии в виде графита и в связанном состоянии в виде карбидов. По химическому составу чугуны делятся на нелегированные, в которых, кроме железа и углерода, содержатся кремний, марганец, сера, фосфор, и легированные, в которых могут содержаться, кроме перечисленных элементов, также хром, никель, медь и другие полезные компоненты. В отличие от стали химический состав чугуна еще не характеризует полностью его свойства. Структура чугуна и его основные свойства зависят как от химического состава, так и от того, в каком состоянии находится углерод (рис. 2).

Рис.2. Микроструктуры чугунов

Чугуны подразделяются на две группы:

1) чугуны в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита или других карбидов;

2) чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в свободном состоянии в виде графита.

К первой группе чугунов относятся белые чугуны. На диаграмме «железо - цементит» область с содержанием углерода 2,14% занимают чугуны. Эта часть диаграммы соответствует двухкомпонентным белым чугунам. Излом такого чугуна белый (рис. 3), блестящий. Белые чугуны очень хрупкие и твердые, плохо поддаются механической обработке режущим инструментом. Белые чугуны в машиностроении используются редко, применяются в виде отливок для изготовления деталей малоответственного назначения, на передел в сталь или используются для получения ковкого чугуна. Структура белых чугунов образуется в результате ускоренного охлаждения железоуглеродистых сплавов, содержащих более 2,0 % углерода при литье. По структуре белые чугуны делятся на: а) доэвтектические, содержащие от 2 до 4,3 % углерода; структура их состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита;

Рис. 3.

б) эвтектические, содержащие 4,3 % углерода, структура их состоит из ледебурита; в) заэвтектические, содержащие от 4,3 до 6,67 % углерода; структура их состоит из первичного цементита и ледебурита.

Ко второй группе чугунов относятся серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Они получили наибольшее применение в машиностроении, так как в них большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита. Излом этих чугунов - серый, матовый. В их структуре (рис. 4.) различают: металлическую основу (структуру) и форму выделения графита. В серых чугунах графит выделяется в виде пластинок (прожилок, чешуек); в высокопрочных - в виде шаров; в ковких - в виде хлопьев.

Рис.4.

По структуре металлической основы серые чугуны подразделяются на следующие группы:

1) ферритные, со структурой феррита и графита; количество связанного углерода менее 0,025 %; 2) ферритно-перлитные, со структурой феррита, перлита и графита; количество связанного углерода от 0,025 до 0,8 %; 3) перлитные, со структурой перлита и графита; количество связанного углерода от 0,025 до 0,8 %;

Получение углерода в свободном или связанном состоянии зависит от процессов графитизации, т.е. условий образования графита. На процесс графитизации чугуна существенное влияние оказывают скорость охлаждения, количество присутствующих в нем примесей, легирующих элементов и центров кристаллизации (модификаторов). Увеличение скорости охлаждения способствует выделению углерода в связанном состоянии в виде цементита. Все элементы, вводимые в чугун, делятся на элементы, препятствующие графитизации (Мn, Cr, W, Mo, S, Р и др ), которые способствуют получению углерода в связанном состоянии в виде легированного цементита и других карбидов и препятствуют распаду его при повышенных температурах; и на графитообразующие элементы (Si, С, Al, Ni, Cu и др.), которые способствуют получению углерода в свободном состоянии в виде графита. Примеси Мn, Si, S, Р, присутствующие в чугуне, главным образом и влияют на условия графитизации, а следовательно, на структуру и свойства чугуна. Для того чтобы избежать отбела чугуна, детали тонкого сечения отливают из чугуна с повышенным содержанием графитообразующих элементов (Si, С, Ni). Для отливок деталей крупного сечения можно применять чугун с меньшим содержанием этих элементов. Размер и форма выделившихся графитных включений зависят также от наличия в жидком чугуне центров кристаллизации. Центрами кристаллизации могуг быть мельчайшие частички окислов. Воздействие на процесс графитизации с помощью образования дополнительных центров кристаллизации называется модифицированием. Модификаторы вводят в жидкий чугун перед его разливкой. Подбирая соответствующие модификаторы и их количество, можно не только измельчить графитные включения, но также изменить, форму образующегося графита - вместо пластинчатой формы получить шаровидную, то есть высокопрочный чугун.

Рис.5.

Поскольку структура серых, высокопрочных и ковких чугунов состоит из металлической основы и графитных включений, то и свойства чугунов будут зависеть от свойств металлической основы и от количества, формы и характера распределения графитных включений. Свойства металлической основы так же, как и у стали, будут зависеть от ее структуры. С увеличением количества перлита твердость и прочность на разрыв будут увеличиваться, а пластичность - уменьшаться. Графит обладает низкими механическими свойствами, а поэтому включения графита в чугуне можно рассматривать в первом приближении как пустоты различной формы, нарушающие цельность металлической основы (рис. 5).

Такие свойства чугуна, как твердость и предел прочности при сжатии, главным образом, зависят от строения металлической основы. Такие же свойства чугуна, как предел прочности на разрыв, изгиб, кручение, а также пластичность, во многом зависят от количества, размеров и формы графитных включений, и чем грубее его включения, тем хуже механические свойства чугуна. Особенно низкими свойствами обладает чугун, у которого графитные включения образуют замкнутый скелет. По мере округления графитных включений, перечисленные свойства чугуна улучшаются, приближаясь к свойствам стали. Вот почему чугун с шаровидным графитом получил название высокопрочный. Кроме того, для улучшения свойств высокопрочного чугуна может быть применена термическая обработка. Термическая обработка для чугуна с пластинчатыми включениями графита почти не применяется. Пластинчатые включения графита в серых чугунах можно рассматривать как трещины, надрезы, создающие большие концентрации напряжений в механической основе. Чугун называют половинчатым, если количество связанного углерода будет составлять больше 1 %. Его структура состоит из ледебурита, перлита и графита.

Серые чугуны согласно требованиям ГОСТ 1412 - 85 маркируются буквами СЧ. Цифры после букв указывают значение минимального временного сопротивления при растяжении (в мегапаскалях, умноженных на 10-1). Марки серых чугунов СЧ10, СЧ15, CЧ18, СЧ20, СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧ30, СЧ35. Из них модифицированные СЧ18, СЧ21, СЧ24. Например, расшифровка марки чугуна СЧ10: 10 - временное сопротивление при растяжении, то есть ув = 100(10) МПа (кгс/мм2). Модифицированные чугуны получаются в том случае, если в расплав серого чугуна с пониженным содержанием углерода перед разливкой ввести модификаторы в количестве 0,3 - 04 % от массы жидкого чугуна. Модификаторами являются ферросилиций, силикокальций и др. Структура модифицированных чугунов будет состоять из мелких, равномерно расположенных в металлической основе включений графита. Маркируются модифицированные чугуны так же, как и серые (по ГОСТ 1412 - 85).

Серый чугун находит применение:

- в станкостроении (базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, станины, направляющие);

- в автостроении для изготовления блоков цилиндров, гильз, поршневых колец, распределительных валов, толкателей, седл клапанов, головок цилиндров, дисков сцепления;

- в электромашиностроении;

- для изготовления товаров массового потребления.

Износостойкость изделий из серых чугунов можно повысить термической обработкой. Высокопрочный чугун получается из перлитного серого чугуна путем двойного модифицирования добавкой в жидкий чугун незадолго перед разливкой магния в количестве 0,03 - 0,07 % от массы чугуна и ферросилиция. Магний способствует получению графита в форме шаров (глобулей), кроме того, он повышает прочность металлической основы. Маркируются высокопрочные чугуны буквами ВЧ и последующими цифрами (ГОСТ 7293-85). Цифры марки показывают минимальное значение временного сопротивления при растяжении (в МПа . 10-1). Марки высокопрочных чугунов: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, BЧ80, ВЧ100. Например, чугун марки ВЧ60 имеет временное сопротивление при растяжении ув = 600 (60) МПа (кгс/мм2); Высокопрочный чугун находит применение как новый конструкционный материал и как заменитель углеродистой стали, ковкого и серого чугуна. Из высокопрочного чугуна изготавливают как мелкие тонкостенные отливки (поршневые кольца), так и отливки массой до 15 т (шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов). Из высокопрочного чугуна изготавливают отливки коленчатых валов массой от нескольких килограммов до 2…3 т взамен кованых валов из стали. Чугунные валы по сравнению со стальными имеют более высокую циклическую вязкость, малочувствительны к внешним концентраторам напряжений, имеют лучшие антифрикционные свойства и значительно дешевле стальных валов. Хорошие литейные свойства при достаточно высокой прочности и пластичности позволяют во многих случаях заменять стальное литье и прокат. При этом достигается снижение массы деталей на 8…10 % и обеспечивается значительная экономия материала. Применение высокопрочного чугуна взамен серого дает экономический эффект в тех случаях, когда за счет более высокой прочности снижается масса отливок или обеспечивается возможность упрощения монтажных работ (например, монтаж трубопроводов сваркой). Из высокопрочного чугуна изготавливают трубы, валки прокатных станов, детали турбин, изложницы, суппорты, резцедержатели, планшайбы и другие детали станков.

Ковкие чугуны получаются путем специальною графитизирующего отжига (томления) белых доэвтектических чугунов, содержащих от 2,2 до 3,2 % углерода. Для получения ковкого чугуна необходимо отливки из малоуглеродистого белого чугуна, содержащего не более 2,8 % углерода, медленно нагревать в течение 20 - 25 ч в нейтральной среде до температуры 950 - 1000 0С и при этой температуре длительно (10 - 15 ч) выдерживать (первая стадия графитизации). Затем медленно охлаждать до температуры немного ниже эвтектоидного превращения (700 - 740 0С - в зависимости от состава чугуна) и длительное время (около 30 ч) выдерживать при данной температуре (вторая стадия графитизации). Далее вести охлаждение на воздухе. При первой стадии графитизации цементит ледебурита и вторичный цементит распадаются с образованием аустенита и хлопьевидного графита. При охлаждении от первой до второй стадии графитизации скорость охлаждения должна обеспечивать выделение вторичного цементита из аустенита и его распад на аустенит и графит. При второй стадии графитизации цементит перлита распадается на феррит и графит. Структура чугуна после окончательной обработки будет состоять из феррита и хлопьевидного графита. Продолжительность всей термической обработки составляет 70 - 80 ч. Ковкие чугуны маркируются буквами КЧ с цифрами (ГОСТ 1215 - 79). Первые две цифры указывают временное сопротивление разрыву (в мегапаскалях), вторые цифры - относительное удлинение в процентах. Ферритный ковкий чугун имеет следующие марки (ГОСТ 26358 - 84): КЧ 37 - 12 (362-12), КЧ35 - 10 (333-10), КЧЗЗ - 8 (323-8), КЧ 30 - 6 (294-6). Перлитный ковкий чугун: КЧ45 - 7; КЧ 50 - 5; КЧ 55 - 4; КЧ60 - 3; КЧ65 -3; КЧ70 - 2, КЧ80 - 1,5. Отливки из ковкого чугуна должны соответствовать ГОСТ 26358 - 84. Они хорошо сопротивляются ударам и вибрационным нагрузкам, хорошо обрабатываются резанием, обладают достаточной вязкостью. http://libraryno.ru/5-5-klassifikaciya-i-markirovka-chugunov-materialog/

Чугуны со специальными свойствами. Такие чугуны используют в различных отраслях машиностроения тогда, когда отливка, кроме прочности, должна обладать теми или иными специфическими свойствами (износостойкостью, химической стойкостью, жаростойкостью и т. п.). Из большого количества чугунов со специальными свойствами - следующие: Магнитный чугун используют для изготовления корпусов электрических машин, рам, щитов и др. Для этой цели наилучшим является ферритный чугун с шаровидным графитом. Немагнитный чугун используют для изготовления кожухов и бандажей различных электрических машин. Для этого применяют никеле-марган-цовистый чугун, содержащий 7-10% Мп и 7-9% Ni, а также марганцево-меднистый чугун, в котором содержится 9,8% Мn и 1,2-2,0% Си. Жаростойкий чугун - чугаль содержит 20-25% А1.К чугунам со специальными свойствами относят также ферросплавы - ферромарганец, ферросилиций и т.д., предназначенные для раскисления и легирования стали при ее выплавке. Козлов Ю. С. Материаловедение metal-mat.doc Основные сведения о сплавах. Чугуны.

2. Газообразные диэлектрики. Механизм электропроводности газообразных электроизоляционных материалов. Какие газообразные электроизоляционные материалы являются важнейшими? Их характеристики, области применения

Преимуществами газов перед остальными видами диэлектроизоляционных материалов являются высокое удельное электрическое сопротивление, малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая, близкая к единице диэлектрическая проницаемость. Наиболее же ценным свойством газов является их способность восстанавливать электрическую прочность после разряда. Кроме воздуха в качестве электрической изоляции широко используют двух- и трехатомные газы -- азот, водород, углекислый газ. Электрические прочности этих газов при нормальных условиях мало отличаются друг от друга и могут с достаточной точностью приниматься равными прочности воздуха.

Рис. 6.

В таблице (рис. 6) приведены отношения электрической прочности Епр.г некоторых газов,включая и высокопрочные к электрической прочности воздуха Епр.в, которая принята за единицу, а также даны точки кипения газов при нормальном давлении.

Наилучшим образом требованиям к газам, применяемым в электроизоляционных конструкциях, удовлетворяет элегаз SF6 и фреон CCl 2F2. Гексафторэтан нельзя использовать при повышенных давлениях из-за низких критических параметров (Ркр=3.3 МПа; Ткр=-24оС).

Следует отметить нежелательность использования фторсодержащих газов из-за их отрицательного воздействия на озоновый слой Земли. Азот имеет с воздухом практически одинаковую электрическую прочность и часто применяется вместо него для заполнения газовых конденсаторов и других целей, так как не содержит кислорода, оказывающего окисляющее влияние на соприкасающиеся с ним материалы. Значительный интерес представляет водород, имеющий весьма высокий коэффициент теплопроводности, несмотря на его меньшую электрическую прочность по сравнению с воздухом. Водород применяется в качестве электроизоляционной и охлаждающей среды в крупных турбогенераторах. Элегаз или гексафторид серы (SF6) имеет электрическую прочность примерно в 2.5 раза выше, чем у воздуха. Поскольку элегаз обладает низкой температурой кипения и высокой плотностью, примерно в 5.1 раза тяжелее воздуха, он может быть сжат до давления 2 Мпа без сжижения. Элегаз нетоксичен, химически стоек, не разлагается при нагреве до 800оС

Особенно велики его преимущества при повышенных давлениях. Элегаз обладает не только более высокой электрической прочностью, чем воздух, но и существенно более высокой дугогасящей способностью. Поэтому нарастающими темпами идут разработка и создание элегазовых выключателей и распределительных устройств, в которые, наряду с выключателями, входят разъединители, короткозамыкатели, трансформаторы тока и напряжения. Элегазовая изоляция наиболее широко применяется в герметизированных распределительных устройствах (ГРУ) на напряжение 110 кВ и выше. В последнее время наметилась тенденция практического использования элегаза в высоковольтных кабелях, созданы опытные образцы. Преимуществами элегазового кабеля по сравнению с бумажно-масляным являются малая электрическая емкость и диэлектрические потери, хорошее охлаждение. Благодаря таким преимуществам по элегазовым кабелям можно передавать очень большие мощности.

В нашей стране такие кабели практически не применяются из-за малой стабильности электрических параметров, но получили достаточно широкое распространение за рубежом, так как их стоимость меньше, чем у маслонаполненных кабелей.

Применение элегаза в силовых трансформаторах оправдывает себя в тех случаях, когда предъявляются особые требования пожаробезопасности. В небольших количествах такие трансформаторы эксплуатируются в Японии. В США были созданы отдельные образцы трансформаторов с применением принудительной циркуляции элегаза, однако в этом случае усложняется конструкция трансформатора и снижается надежность его работы.

В высоковольтной технике находят применение инертные газы, например, гелий, который используется как добавка к высокопрочным сжатым газам для повышения их дугогасительной способности. Электротехнические и конструкционные материалы: Учеб.пособие для студ. Учреждений сред.проф.образования/ В.Н.Бородулин, А.С. Воробьев, В. М. Матюнин и др.; Под ред. В.А. Филикова.- М.: Мастерство: Высшая школа, 2000.- 280 с.

3. Припои. Типы припоев, их состав, марки и назначение. От чего зависит выбор типа припоев? Флюсы, применяемые при пайке, их назначение. На какие группы делятся флюсы по действию, оказываемому на металл? Их виды, состав, применение

Припои - это специальные сплавы или металлы, вводимые в зазор между соединяемыми поверхностями, отличающимися по составу от паяемых металлов и имеющие более низкую температуру плавления, чем паяемые материалы, обладающие способностью смачивать паяемые материалы. Делятся на две группы: мягкие и твердые. К мягким относятся припои с температурой плавления до 450° С, а к твердым -- с температурой плавления свыше 450 °С. Кроме температуры плавления, припои различаются и по механическим свойствам. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении не выше 50--70 МПа, а твердые -- до 500 МПа. Припой выбирают в соответствии с родом спаиваемых металлов или сплавов, требуемой механической прочностью, коррозионной стойкостью, стоимостью, а при пайке токоведущих частей и в соответствии с удельной электрической проводимостью припоя. Мягкими припоями в основном являются припои оловянно-свинцовые (марка ПОС) с содержанием олова от 18 (ПОС-18) до 90 % (ПОС-90). Существуют также мягкие припои с добавками алюминия, серебра. Еще более легкоплавки припои, в состав которых входят висмут и кадмий. Они применяются в тех случаях, когда требуется пониженная температура пайки; механическая прочность их очень незначительна. Висмутовые припои обладают большой хрупкостью.

В таблице (рис.7) приведены технические характеристики и области применения некоторых припоев.

Рис. 7.

Флюсы и их предназначение. Флюс - активное химическое вещество, применяемое для удаления оксидной пленки с поверхности паяемого металла и припоя и защиты их от окисления в процессе пайки, а также для снижения поверхностного напряжения припоя и улучшения растекания жидкого припоя. Для пайки мягкими припоями медных проводников, покрытых золотом или серебром, применяют канифольные и стеарино-парафиновые (бескислотные) флюсы; для пайки стали, меди, никеля используют пасты на основе вазелина, содержащие 10--15 % хлористого цинка (2пС12) или хлористого аммония (МН4С1) -- активированные флюсы; для легированных, коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов, а также тугоплавких металлов применяют 25--30%-ные водные растворы 2пС12 (кислотные флюсы), хорошо растворяющие оксидные пленки. Для высокотемпературной пайки стали, чугуна, тугоплавких металлов, меди, никеля и их сплавов требуются флюсы, содержащие химически активные вещества для удаления оксидов и защиты зоны шва при температурах пайки. В этом случае применяют флюсы, содержащие буру (На2В207), борную кислоту (Н3В03), фтористый кальций (СаГ), фтористый калий (КР) и другие соли. Наиболее распространенными флюсами являются бура (На2В407) и борная кислота (Н3В03), хлористый цинк (7пС12), фтористый калий (КР) и другие соли щелочных металлов.

4. Какие материалы являются ферромагнитными? Какими магнитными характеристиками оцениваются магнитные свойства ферромагнетиков? Опишите их

Материалы, магнитная проницаемость которых достигает больших значений и зависит от внешнего магнитного поля и предшествующего состояния, называют ферромагнитными. Иными словами ферромагнитный материал (или ферромагнетик) - вещество, находящееся в твердом кристаллическом или же аморфном состоянии, которое обладает намагниченностью при отсутствии какого-либо магнитного поля лишь при низкой критической температуре, т. е. при температуре ниже точки Кюри. Магнитная восприимчивость этого материала положительна и превышает единицу. Некоторые ферромагнетики могут обладать самопроизвольной намагниченностью, сила которой будет зависеть от внешних факторов. Кроме всего прочего, такие материалы способны к усилению внешнего магнитного поля в несколько сотен тысяч раз. http://fb.ru/article/351921/ferromagnitnyiy-material-svoystva-i-primenenie-ferromagnetikov

Кривые намагничивания этих материалов приведены на рис.8.

График кривой намагничивания используется для выбора материалов при расчете электромагнитных устройств.

Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать зависимостью магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. . Эта зависимость устанавливается опытным путем. На рис. 8.1. приведено ферромагнитное кольцо с обмоткой в виде витков провода. Если увеличивать ток в витках, то Н и В будут возрастать от нулевых значений по кривой начальной намагниченности (рис.8.2). Участок оа кривой есть начальная область, аб - область интенсивного намагничивания, бв - колено кривой, вг - участок насыщения, на котором намагниченность постоянная, М =const. Отношение есть абсолютная магнитная проницаемость., откуда .

Относительная магнитная проницаемость зависит от Н и может изменяться от единиц до десятков тысяч. Она показывает, во сколько раз магнитная проницаемость материала больше магнитной проницаемости вакуума.

Намагничивание сопровождается отставанием изменения В от Н. Это обусловлено внутренним трением между границами областей самопроизвольного намагничивания и потерей энергии. Поэтому при циклическом изменении Н зависимость В=f(H) приобретает вид петли гистерезиса (рис.8.3). На рисунке Вr - остаточная намагниченность, НС- коэрцитивная сила. Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, выделяющейся в единице объема ферромагнитного материала за один цикл перемагничивания.

В зависимости от магнитной проницаемости ферромагнитные материалы бывают магнитотвердые и магнитомягкие.

1) магнитомягкие имеют отличную магнитной проницаемостью, малую коэрцитивной силой , небольшие показатели напряженности магнитного поля и невысокие потери гистерезисного характера. К ним относят технически чистое железо, листовые электротехнические стали (железокремнистые), железоникелевые стали (пермаллой) и оксидные ферромагнетики (ферриты), магнитодиэлектрики. Магнитомягкие используются для изготовления магнитопроводов. Ферромагнитные магнитопроводы используют в электрических машинах, трансформаторах, электромагнитах, реле.

2) магнитотвердые материалы с малой магнитной проницаемостью, большой коэрцитивной силой и большой остаточной индукцией Тл. Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. К ним относятся углеродистые, вольфрамовые, хромистые и кобальтовые сплавы. Ферромагнитные материалы играют важную роль в электротехнике, так как дают возможность при относительно небольших напряженностях получать сильные магнитные поля и конструировать электромагнитные устройства, обладающие заданными характеристиками. Свойства ферромагнетиков:

- Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.

- При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий. - Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса.

-Ферромагнетики притягиваются магнитом. http://energ2010.ru/Toe/Toe_lekcii_neelektr/22_Ferromagn_materialy.html

5. Опишите технологию производства алюминия электролизом глинозема. Приведите состав алюминиевых руд

Производство алюминия электролизом глинозема - энергоемкий процесс, состоящий из получения глинозема из алюминиевых руд, производства фтористых солей, к которым относится криолит, углеродистой анодной массы и угольных анодных, катодных, футеровочных материалов, и собственно электролитического производства чистого металла, которое является главной составляющей металлургии алюминия. http://fb.ru/article/243799/alyuminiy-proizvodstvo-alyuminiya-tehnologiya-protsess-i-opisanie Для электролиза окиси алюминия применяют электролизные ванны электролизеры. На рис.9 приведена схема ванны для мектролиза алюминия с непрерывным самообжигающимся анодом. Анод1снабжен кожухом 3из алюминиевых листов толщиной 7мм. Кожух постепенно наращивают коробами 2 высотой1м, которые вставляют один в другой.

Подвод тока к аноду в современных ваннах может быть осуществлен сверху и сбоку. На рис. 34 показан подвод тока сбоку. В анод забивают стальные штыри 11 диаметром 60 мм и длиной 700--800 мм под углом 15--20є по отношению к горизонтальной плоскости. Штыри при помощи гибких медных лент 12 соединяют с шиной анода 10. Анод укрепляется на жесткой раме из швеллеров, которая снабжена механизмом для опускания и подъема анода. Закрепляется анод с подъемной рамой при помощи забиваемых штырей. Горизонтальная площадка 5 предназначена для обслуживания анода, наращивания коробок 2, загрузки анодной массы, засыпки порошка окиси алюминия в бункеры 4. Ванна закрывается шторным кожухом. Газы улавливают для извлечения HF.

Рис.9. Схема электролизной алюминиевой ванны с непрерывным самообжигающимся анодом: 1 -- анод; 1 -- коробка; 3 -- кожух; 4-- бункеры; 5 -- площадка; 5 -- окись алюминия; 7 -- вакуумный ковш; 8 -- труба; 9 -- шина катода; 10 -- шина анода; 11 -- стальные штыри; 12 -- медные ленты; 13 -- корка электролита; 14 -- углеродистые блоки; 15 -- расплавленный электролит; 16 -- расплавленный алюминий

В кожух анода загружают анодную массу в виде брикетов А; по мере опускания и нагрева эта масса расплавляется, переходит в полутвердое состояние Б. В нижней части, где развиваются высокие температуры, анодная масса спекается в прочный монолит В. Ванну электролизера 14 выкладывают обожженными углеродистыми блоками, к которым подведены катодные шины 9. На дне ванны собирается жидкий алюминий 16. По мере накопления алюминий из ванны удаляют вакуумными котлами 7 через трубу 8, опускаемую в расплавленный алюминий. Часть электролита затвердевает и образует корку 13. На корку периодически засыпают из бункеров 4 окись алюминия 6. Напряжение при электролизе составляет 4,5--5 в, сила тока на одну ванну достигает 100 000 а. Необходимая температура ванны (950--1000°) поддерживается сопротивлением электролита, общий расход материалов не 1 т алюминия составляет 1,92--1,98 т глинозема и 0,08--0,09 т криолита. Механизм электролиза глиноземистых расплавов является очень сложным физико-химическим процессом, в результате которого на катоде происходит разряд ионов алюминия, и он собирается на дне электролизной ванны, а ионы кислорода отдают электроны аноду и соединяются с углеродом, образуя углекислый газ.

Когда весь глинозем, находящийся в расплаве, восстановится, напряжение в ванне повышается. Это явление называют анодным эффектом. Его обнаруживают по накаливанию лампочки. В этот момент пробивают корку 13 и опускают глинозем 6 в расплавленный электролит 15.

Электролизная ванна, сила тока в которой 50 000 а, дает около 350 кг алюминия в сутки. В современной практике расход электроэнергии на 1 т алюминия достигает 17 500--18 500 квт-ч.

Полученный алюминий электролитически рафинируют, разливают в изложницы на чушки и классифицируют по содержанию алюминия на марки согласно ГОСТу. Содержание алюминия в них колеблется от 98 до 99,9 %. http://xn--80awbhbdcfeu.su/electglinozem Важнейшей алюминиевой рудой в глиноземном производстве являются бокситы. Боксит - это сложная горная порода, состоящая из оксидов и гидроксидов алюминия, железа, кремния и титана. В качестве примесей в них присутствуют карбонаты кальция, гидросиликаты, сульфиды и органические соединения. Основными глиноземсодержащими минералами бокситов являются гиббсит (гидраргиллит), бемит и диаспор. Однако мономинеральные бокситовые руды в природе встречаются редко, гораздо чаще встречаются руды смешанного типа - гиббсит-бемитовые или диаспор-бемитовые. По внешнему виду бокситы напоминают глину, хотя от нее отличаются существенно, т.к. в их основе находятся гидроксиды алюминия. В пересчете на Al2O3 в боксите содержится Al2O3 от 30 до 80 %, Fe2O3 - от 0 до 50 %, SiO2- от 0 до 20 %, TiO2 - от 0 до 10 %.

Боксит - масса непластичная, может быть плотной с землистым изломом, может быть пористой с ячеистым изломом, удельный вес колеблется от 1,2 до 3,5 г/см3, твердость - от 2 до 7, цвет - от белого до кирпичного. В бокситах содержится в различных сочетаниях до 100 элементов таблицы Менделеева. Количество минералов также приближается к 100. http://media.ls.urfu.ru/201/584/1261

6. Из каких операций состоит процесс получения отливок в оболочковых (скорлупочных) формах. Укажите преимущества этого способа перед литьем в земляные формы

В современной промышленной индустрии используется множество различных способов литья. Помимо оболочкового, применяется также еще несколько других способов. Оболочковая форма - разовая тонкостенная химически твердеющая форма. Её состав: смесь кварцевого песка 93-96% и 6 - 7 % фенолформальдегидной смолы в виде порошка с катализатором отверждения, которая служит как связующее. Способ литья в оболочковые формы основан на получении этих разовых полуформ и стержней в виде оболочек толщиной 6-10 мм. Их изготавливают путем отверждения на металлической оснастке слоя смеси, в которой связующее вещество при нагреве вначале расплавляется, а затем затвердевает (необратимо), придавая оболочке высокую прочность. Технология литья в оболочковые формы включает ряд операций. К ним относятся:

- приготовление специальной песчано-смоляной смеси;

- формирование на модельной оснастке тонкостенных оболочковых форм и стержней;

- сборка форм и их подготовка к заливке.

Рис.10. Технология литья в оболочковые формы

На рисунке 10 изображена технология литья в оболочковые формы. Предварительное формирование оболочки наиболее часто производят, используя поворотный бункер 1, в который засыпают песчано-смоляную смесь 2 (рис. 10. а). На верхнюю часть бункера, снабженную кольцевым каналом 3 для подачи охлаждающей воды, устанавливают моделями вниз и закрепляют нагретую до 200-240 oС металлическую модельную плиту 4. На ней закреплена с помощью четырех направляющих колонок 5 плита 6 толкателей 7. Толкатели, равномерно распределенные по всей плите, выходят на рабочую поверхность, как модели, так и модельной плиты. Их фиксируют специальными хвостовиками в гнездах плиты 6 и закрепляют в ней прижимной плитой 8. Модельная плита с выталкивающим устройством помещена в корпус 9. Для фиксации плиты толкателей в исходном положении на направляющих колоннах 5 установлены пружины 10. Для предварительного формирования оболочки бункер 1, снабженный цапфами 11 и поворотным механизмом, поворачивают на 1800, и формовочный материал падает на горячую модельную плиту (рис.10. б), уплотняясь под действием гравитационных сил. В прилегающем к плите слое смеси смола плавится (при температуре 95-115 oС), смачивая зерна песка, а затем начинает полимеризоваться, загустевая и отверждаясь по мере прогрева до более высокой температуры. За 30-40 с выдержки смола успевает оплавиться в слое толщиной около 10 мм. Слой остается на модельной плите после поворота бункера в исходное положение (рис.10. в) и сброса на дно бункера не прореагировавшей, сохранившей свои начальные свойства и пригодной для последующего использования части смеси. Теперь модельную плиту со сформированной оболочковой полуформой снимают с бункера (рис.10. г) и подают в печь 12 (рис.10. д), где при температуре 300-400 oС за 90-120 с заканчивается полимеризация, и смола приобретает высокую технологическую прочность. Затем готовую оболочковую полуформу снимают с модельной плиты (рис.10 е) и соединяют с другой полуформой (например, склеиванием) на специальном пневмопрессе (рис.10. ж). Для исключения прорыва расплава, формы с вертикальным разъемом обычно заформовывают (рис.10.з) в опорный наполнитель (песок, дробь и т.п.). Формы небольшой высоты с горизонтальным разъемом в большинстве случаев не заформовывают и заливают на поддонах с песчаной постелью.

В оболочковые формы получают отливки практически из любых промышленных сплавов массой до 200-300 кг. Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые разовые формы или как их называют, земляные формы заключаются в следующем:

- уменьшение параметров шероховатости поверхности и существенное улучшение внешнего товарного вида отливок;

- в высоком качестве поверхности отливки, исключающем или уменьшающем последующую механическую обработку;

- отливки получаются гораздо точнее, чем в земляных формах; http://tehno.claw.ru/shared/kinder/0570.htm

- возможность получения отливок с тонким и сложным рельефом, а также толстостенных отливок с литыми каналами малых сечений;

- уменьшение трудоемкости ряда операций технологического процесса (приготовление смеси, изготовление формы, очистка отливок и пр.);

- сокращение в 8-10 раз и более объема переработки и транспортирования формовочных материалов;

- уменьшение металлоемкости формовочного оборудования. http://steeltimes.ru/books/blastfurnace/pigironotlivki/333/333.php

7. В чем сущность процесса прокатки? Какое значение имеет прокатка заготовок периодического профиля?

Прокатка -- вид обработки металлов давлением, при котором заготовка обжимается двумя вращающимися валками прокатного стана. Прокаткой получают изделия (прокат) разнообразной формы и размеров и служит она не только для получения нужной формы изделия, но и для формирования у него определённой структуры и свойств.

Сущность процесса прокатки заключается в пропускании металла в зазор между вращающимися валками. При этом зазор между валками должен быть меньше толщины обрабатываемой заготовки (рис. 11). Валки, осуществляют деформирование, одновременно осуществляют подачу металла. При обычной прокатке толщина заготовки уменьшается, ширина и длина увеличивается, т. е. происходит обжатие, уширение и вытяжка. Абсолютное обжатие равно разности толщин заготовок Н до прокатки и h после прокатки (H--h). Относительное обжатие в процентах определяется по формуле е = H - h / H 100. При прокатке ширина заготовки увеличивается. Процесс прокатки следует вести так, чтобы уширение всегда имело место. Вытяжка характеризуется отношением полученной длины l к первоначальной длине l0, которое называется коэффициентом вытяжки и обозначается м = l / l0.

Рис. 11. Параметры валков: а) -- схема действия сил на заготовку со стороны валков и б) -- зависимость обжатия от размеров валков при прокатке

Коэффициент вытяжки принимается в пределах 1,1 ч 1,6, а иногда равным 2 и более. Условия захвата заготовки валками вытекают из того, что заготовка подается в валки с некоторой силой Q, которая вызывает со стороны валков нормальные реакции R и силу трения Т (рис. 11. а). Угол б называется углом захвата. При прокатке стали с помощью гладких валков величина угла захвата колеблется от 15 до 24°, а для валков с насечкой он достигает 32°. При прокатке цветных металлов его величина не превышает 24°.При проектировании сил, действующих на металл со стороны валков, на горизонтали получается Rsin б < Тcos б. Сила Т = fR, где f--коэффициент трения. Заменяя Т и сокращая R, получаем sin б < f cos б. Условие захвата требует, чтобы коэффициент трения был больше тангенса угла захвата, т. е. f > tgб . Условие захвата ограничивает угол б, связанный с абсолютным обжатием заготовки (рис. 11. б), выражением Н -- h =D (1 -- cos б). На практике скорость движения прокатываемой заготовки со стороны выхода из очага деформации оказывается больше скорости точки, находящейся на цилиндрической поверхности валка, т. е. наблюдается опережение. Точное знание величины опережения необходимо при анализе технологического процесса прокатки на непрерывных станах, когда прокатываемая заготовка одновременно находится в нескользких парах валков. http://xn--80awbhbdcfeu.su/prokatka Получение заготовок периодической прокаткой чрезвычайно выгодное, так как при их последующей обработке значительно сокращаются операции штамповки (уменьшаются загрузки прессов и молотов, расход энергии, рабочей силы и др.). И, что немаловажно, наблюдается экономия металла до 20...30% по сравнению со штамповкой деталей из обычного проката. Производство периодических профилей в отдельных случаях может полностью исключить такие операции, как ковка, штамповка и обдирочные работы на металлорежущих станках. Характерно, что механические характеристики металла не ухудшаются, а в большинстве случаев растут. http://emchezgia.ru/omd/60_periodicheskie_profily.php

8. Перечислите основные виды сварки. Каковы преимущества сварных соединений перед другими видами неразъемных соединений?

В настоящее время различают более 150 видов и способов сварочных процессов. Все способы и методы сварки делятся на две большие группы: сварка плавлением (главная группа) и сварка давлением или с применением давления. Основным способом сварки плавлением является электродуговая сварка, электрошлаковая, газовая сварка, дуговая сварка в защитных газах, аргонодуговая, автоматическая дуговая сварка под флюсом. Сварка давлением - контактная, холодная, термокомпрессионная, ультразвуковая, газопрессовая. https://lektsia.com/1x863c.html Применение сварки для соединения элементов различных металлических объектов имеет ряд преимуществ перед другими видами неразъемных соединений:

- простота конструкции сварного шва и меньшая трудоемкость в изготовлении, обусловленной сравнительной простотой технологического процесса сварки;

- значительное снижение массы конструкции при тех же габаритах. При замене заклепочных соединении сварными экономия в весе получается за счет отказа от применения различных накладок, необходимых в заклепочных соединениях, а также части веса самих заклепок; при замене литых деталей сварными конструкциями вес их уменьшается за счет более высоких механических свойств прокатного металла.

- возможность соединения деталей любых форм;

- герметичность и плотность соединения;

- бесшумность технологического процесса сварки;

- возможность автоматизации сварочного процесса;

- сварное соединение дешевле заклепочного;

- соединение деталей может выполняться встык без накладок;

- возможность сварки толстых профилей;http://nashaucheba.ru/v44339/%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B2_%D0%B8.%D1%88._%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD?page=6

чугун алюминий прокатка сварка

Список использованной литературы

1.Электротехнические и конструкционные материалы: Учеб.пособие для студ. Учреждений сред.проф.образования/ В.Н.Бородулин, А.С. Воробьев, В. М. Матюнин и др.; Под ред. В.А. Филикова.- М.: Мастерство: Высшая школа, 2000.- 280 с.

2.Козлов Ю. С. Материаловедение metal-mat.doc Основные сведения о сплавах. Чугуны.

3.Электротехнические и конструкционные материалы: Учеб.пособие для студ. Учреждений сред.проф.образования/ В.Н.Бородулин, А.С. Воробьев, В. М. Матюнин и др.; Под ред. В.А. Филикова.- М.: Мастерство: Высшая школа, 2000.- 280 с.

4.http://fb.ru/article/351921/ferromagnitnyiy-material-svoystva-i-primenenie-ferromagnetikov

5.http://energ2010.ru/Toe/Toe_lekcii_neelektr/22_Ferromagn_materialy.html

6.http://fb.ru/article/243799/alyuminiy-proizvodstvo-alyuminiya-tehnologiya-protsess-i-opisanie

7.http://xn--80awbhbdcfeu.su/electglinozem

8.http://media.ls.urfu.ru/201/584/1261

9.http://tehno.claw.ru/shared/kinder/0570.htm

10.http://steeltimes.ru/books/blastfurnace/pigironotlivki/333/333.php

11.http://xn--80awbhbdcfeu.su/prokatka

12.http://emchezgia.ru/omd/60_periodicheskie_profily.php

13.https://lektsia.com/1x863c.html

14.http://nashaucheba.ru/v44339/%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B2_%D0%B8.%D1%88._%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD?page=6

15.http://libraryno.ru/5-5-klassifikaciya-i-markirovka-chugunov-materialog/

Размещено на Allbest.ru