Технология конструкционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВО «Ангарский государственный технический университет»

Факультет управления и бизнеса

Кафедра машины и аппараты химических производств

Контрольная работа

по дисциплине «Технология конструкционных материалов»

Выполнил:

студент ТМз-16-1

Бердников Е.А.

Проверил:

Ст. пр. Никанорова Л.В.

Ангарск 2019



1. Опишите способ получения плотных слитков высоколегированной стали в электрических печах. Приведите схему устройства и опишите принцип работы выбранного оборудования

высоколегированный сталь плавка

Электрошлаковый переплав (ЭШП).

Переплавляемый (рафинируемый) металл подается в установку в виде расходуемого электрода и плавится в слое шлака, нагретого до 2000 °С. Проходя через слой шлака, мелкие капли металла рафинируются. Под слоем шлака накапливается жидкий металл, постепенно заполняя весь кристаллизатор-изложницу. Затвердевший слиток опускают вместе с поддоном и устанавливают новый поддон для последующей плавки. Для переплава используют переменный ток (около 20 А на 1 мм диаметра электрода) с рабочим напряжением 45-60 В.

Переплавляемые электроды представляют собой кованые или катаные прутки (штанги) круглого или квадратного сечения из рафинируемой стали, обычно выплавленной в электродуговых печах.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей.

Схема электрошлакового переплава представлена на рис. 1.

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в водоохлаждаемом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8. Выделяющаяся теплота нагревает ванну 2 до температуры свыше 1700 єC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов. Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток 6. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, Высокими механическими и эксплуатационными свойствами. Слитки получают круглого, квадратного и прямоугольного сечения, массой до 110 тонн.

Рис. 1. Схема электрошлакового переплава

Получению высококачественного бездефектного металла во многом способствуют также чрезвычайно благоприятные условия кристаллизации. В водоохлаждаемом кристаллизаторе происходит довольно быстрая кристаллизации металла, направленная в основном снизу вверх. Это приводит к получению плотного слитка с однородным строением, без усадочной пористости, зональной ликвации и других дефектов структуры, присущих обычным слиткам. Электрошлаковый переплав является значительно более простым способом по сравнению с другими способами получения высоко качественных сталей.

Плавка в вакуумной дуговой печи

Плавка в вакуумной дуговой печи - по существу переплав стали требуемого состава, выплавленной в открытой дуговой или другой печи. Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.

Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.

2. Опишите сущность процессов упругой и пластической деформации с точки зрения кристаллического строения металлов. Приведите определение пластичности и изложите влияние на неё химического состава, структуры, температуры нагрева, скорости и степени деформации

Деформация - изменение формы и размеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок. Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую). К деформациям относятся такие явления, как сдвиг, сжатие, растяжение, изгиб и кручение.

Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после снятия нагрузки.

Упругой деформацией называют такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму. Пластическая деформация остается после снятия внешней нагрузке, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры).

Пластическая деформация сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на расстояние, значительно превышающие расстояния между атомами в кристаллической решетке металлов и сплавов.

Способность металлов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформировании заготовок.

Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начинаться разрушение металла.

При пластической деформации изменяется не только форма, но и свойства деформируемого металла. В реальном поликристаллическом металле происходит изменение форм зерен (кристаллитов) дробление отдельных зерен, а также ориентация их определенных кристаллографических осей в направлении течения металла. Преимущественная ориентация зерен называется текстурой. Текстура металлов обусловливает анизотропию их механических, магнитных и электрических свойств. В общем случае анизотропия свойств металла отрицательно сказывается при дальнейшей его обработки и эксплуатации изделий. В некоторых случаях специально стремятся создать максимально текстурованный в определенных направлениях для повышения механической прочности или магнитно-электрических свойств.

При растяжении монокристалла возрастают расстояния между атомами, а при сжатии атомы сближаются. При смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс сил притяжения и электростатического отталкивания. После снятия нагрузки смещенные атомы из-за действия сил притяжения или отталкивания возвращаются в исходное равновесное состояние и кристаллы приобретают первоначальные размеры форму.

Самое малое напряжение вызывает деформацию, причем начальные деформации являются всегда упругими и их величина находится в прямой зависимости от напряжения. Основными механическими свойствами являются прочность, пластичность, упругость.

Важное значение имеет пластичность, она определяет возможность изготовления изделий различными способами обработки давлением. Эти способы основаны на пластическом деформировании металла.

Материалы, которые имеют повышенную пластичность, менее чувствительны к концентраторам напряжений. Для этого проводят сравнительную оценку различных металлов и сплавов, а также контроль их качества при изготовлении изделий.

Пластичность - способность металла принимать под действием нагрузки новую форму не разрушаясь.

Пластичность металлов определяется также при испытании на растяжение. Это свойство обнаруживается в том, что под действием нагрузки образцы разных металлов в различной степени удлиняются, а их поперечное сечение уменьшается. Чем больше способен образец удлиняться, а его пеперечное сечение сужаться, тем пластичнее металл образца.

В условиях обработки металлов давлением на пластичность влияют многие факторы: состав и структура деформируемого металла, характер напряженного состояния при деформации, неравномерность деформации, скорость деформации, температура деформации и др. Изменяя те или иные факторы, можно изменять пластичность.

а) Состав и структура металла. Пластичность находится в прямой зависимости от химического состава материала. С повышением содержания углерода в стали пластичность падает. Большое влияние оказывают элементы, входящие в состав сплава как примеси. Олово, сурьма, свинец, сера не растворяются в металле и, располагаясь по границам зерен, ослабляют связи между ними. Температура плавления этих элементов низкая, при нагреве под горячую деформацию они плавятся, что приводит к потере пластичности.

б) Влияние температуры неоднозначно. Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, с повышением температуры, становятся более пластичными (1). Высоколегированные стали имеют большую пластичность в холодном состоянии (2). Для шарикоподшипниковых сталей пластичность почти не зависит от температуры (3). Отдельные сплавы могут иметь интервал повышенной пластичности (4). Техническое железо в интервале 800…1000⁰ С характеризуется понижением пластических свойств (5). При температурах, близких к температуре плавления пластичность резко снижается из-за возможного перегрева и пережога.

в) Характер напряженного состояния. Один и тот же материал проявляет различную пластичность при изменении схемы напряженного состояния. Схема всестороннего сжатия является наиболее благоприятной для проявления пластических свойств, так как при этом затрудняется межзеренная деформация и вся деформация протекает за счет внутризеренной. Появление в схеме растягивающих напряжений снижает пластичность. Самая низкая пластичность наблюдается при схеме всестороннего растяжения.

г) Скорость деформации. С повышением скорости деформации в условиях горячей деформации пластичность снижается. Имеющаяся неравномерность деформации вызывает дополнительные напряжения, которые снимаются только в том случае, если скорость разупрочняющих процессов не меньше скорости деформации.

Пластичность зависит от структурного состояния металла, особенно при горячей деформации. Неоднородность микроструктуры снижает пластичность. Однофазные сплавы, при прочих равных условиях, всегда пластичнее, чем двухфазные. Фазы имеют неодинаковые механические свойства, и деформация получается неравномерной. Мелкозернистые металлы пластичнее крупнозернистых. Металл слитков менее пластичен, чем металл прокатанной или кованой заготовки, так как литая структура имеет резкую неоднородность зерен, включения и другие дефекты.

3. Что такое шлифовальные круги и как их маркируют? Опишите основные виды шлифовальных работ

Шлифовальный круг - это абразивный инструмент, состоящий из зерен определенной фракции сцементированных между собой вяжущим веществом. Является телом вращения со стандартным наружным и внутренним диаметром, с определенной конфигурацией поверхности оптимальной для выполнения тех или иных операций.

Сфера применения

Круги шлифовальные используются для предварительной и финишной обработки изделий из черных и цветных металлов, пластика, дерева и других материалов. Область применения круга определяется его зернистостью, диаметром и формой поверхности. С помощью круга возможна обработка плоских и фасонных поверхностей, торцов, резьб, отверстий и т. д.

Классификация абразивных кругов

Классифицируются диски на такие типы:

с выточкой (ПВ - для круглой шлифовки);

двухсторонние конические (ПВДК);

прямого профиля (ПП - универсальный круг);

с конической односторонней либо двухсторонней выточкой;

кольцевые (К - подходят для плоского шлифования);

тарельчатые (Т);

чашечные конические или цилиндрические;

с двусторонним коническим профилем (2П: область применения - резьбошлифование, шлицешлифование, зубошлифование).

Маркировка шлифовальных кругов

Шлифовальные круги могут различаться по геометрической форме, виду абразивного материала, а также типу связки, зернистости круга, твердости и т.д. При выборе шлифкруга твердость и структура могут иметь большой вес, нежели вид абразива.

Согласно различными редакциями ГОСТов, маркировка кругов имеет различные параметры обозначений. Практически каждый производитель по-разному маркирует свои круги.

Так, полная маркировка разновидностей шлифовальных кругов содержит:

тип круга;

шлифовальный материал;

размеры диска;

степень твердости;

размер зерна;

структуру;

связующее вещество;

максимальную скорость вращения;

класс точности;

класс неуравновешенности.

Тип абразивного материала

К наиболее популярным и распространенным материалам, используемых при изготовлении шлифкругов, относят:

Электрокорунд. При покупке такого круга можно увидеть белые, титановые, хромистые и циркониевые варианты. Основным используемым диском служит белый электрокорунд, который обладает высокой самозатачиваемостью. В работе с ним можно добиться более ровной и гладкой поверхности.

Карбид кремния. Различают черного и зеленого тона, отличается данный круг структурой и степенью хрупкости - он тверже и прочнее, нежели первый вышеописанный вид. Область применения - работа с твердыми сплавами, фарфором и мрамором.

Эльбор. Этот вид шлифовального круга имеет наиболее твердый абразивный материал и высокую теплостойкость. Эльбор могут использовать для заточки режущих инструментов и других деталей, способных деформироваться от тепла, а также для работ с твердыми металлами.

Алмаз. Еще один твердый вид абразивных кругов. Его применяют в работе с твердыми материалами, стеклом и керамическими поверхностями. Самозатачивается, но кубонит и эльбор имеют большую теплостойкость, не уступая при этом в прочности.

Независимо от типа абразивного материала, все круги характеризуются по параметрам прочности, износостойкости и термостойкости, однако при выборе следует учитывать главный параметр - твердость. Характеристика твердости прописана в нормах ГОСТа 2424 и вычисляется по специальным таблицам.

К примеру, тип шлифовального материала круга 25A F180 K 7 V - белый корунд. Существуют и другие типы известных абразивов:

нормальные электрокорунды (13-16А);

белые (23-25А);

хромистые (33 и 34А);

титанистый только один (37А);

циркониевый тоже один (38А);

монокорунды (43-45А);

черный карбид кремния (53 и 54С);

зеленый карбид кремния (62-64С).

Маркировка зернистости шлифовальных кругов

При маркировке шлифовальных кругов производители указывают только его ширину (МКМ или F с числовым показателем величины зерна). Размер зерна не только показывает износостойкость абразива, но также играет важную роль при шлифовке той или иной поверхности.

Размер зернистости круга влияет на качество и чистоту обработки поверхности. Учитывайте материал, с которым работаете. Чтобы получить максимально чистую поверхность, следует купить круг с самым маленьким показателем зернистости. Однако человек, работающий с таким кругом, должен понимать, что он быстро засаливается, часто происходит прижог обрабатываемого материала.

Согласно ГОСТу от 1980 г., для измерения зернистости кругов используют единицы, равные 10 мкм. В современном варианте ГОСТа Р 52381-2005 круги маркируются буквой F с определенной цифрой (при увеличении числа степень зернистости понижается).

Например, номер зернистости по старому ГОСТу (М40-М5) и по новому (F280, F320, F360, F400-F600, F800). Для расшифровки: такой диск применяют при окончательной доводке и хонинговании деталей с точностью 3-5 мкм и менее, а также суперфинишировании. Или размер 40, 32 по старому ГОСТу и F40, F46 по новому: круги с такой зернистостью применяются для предварительной и окончательной шлифовки деталей с шероховатостью поверхностей 7-9 классов чистоты, а также для заточки режущих инструментов.

Размер абразивных дисков

Маркировка абразивных кругов по размеру пишется так: DхТхН (где D - наружный диаметр, Т - высота, Н является диаметром отверстия). Параметр D может достигать максимального размера в 1100 мм, значение Н может быть до 305 мм, а параметр Т варьируется от 0,18 мм до 250 мм.

Типы эльборовых и алмазных дисков подробнее описаны в ГОСТе 24747-90. Маркировка формы подобных шлифкругов состоит из трех или четырех символов, обозначающих форму сечения корпуса и слоя, его расположения на круге, а также предоставляют информацию о конструктивных особенностях корпуса.

Например, 150x16x32 - размер абразивного круга 25А электрокорунда белого.

Памятка при выборе абразивных кругов:

При выборе диаметра круга следует учесть число оборотов шпинделя и возможность обеспечить оптимальную скорость.

Чем больше диаметр, тем меньше удельный износ круга. На рабочей поверхности небольших кругов расположено меньшее количество зерен. Так, в работе они изнашиваются неравномерно.

При выборе алмазного круга следует учитывать ширину алмазоносного слоя. При неправильном использовании на поверхности круга могут появиться уступы.

Структура и показатель твердости

Плотность структуры кругов для шлифовки обозначается процентным соотношением объема зерен абразива в единице объема круга. Чем больше абразива, тем плотнее будет структура шлифовального круга.

Если осуществлять заточку инструмента, круг с менее плотной структурой лучше подвержен очистке поверхности от частиц материала, создает меньше риска для возникновения деформации и быстрее охлаждается.

Зачастую специалисты используют диски средней твердости, однако все зависит от вида выполняемых работ, обрабатываемого покрытия и самого инструмента.

Какие бывают номера структур и объемы абразива в шлифовальном круге:

к плотным структурам относят единицы измерения от 1 до 4;

к средней плотности относятся цифры 5-8;

к открытым - от 9 до 12;

высокопористая структура наблюдается у кругов с показателями 13, 14>.

Однако не путайте показатели твердости круга с показателями твердости абразива. Согласно ГОСТ 2424, твердость шлифовального круга различают по заглавной букве.

По ГОСТу Р 52587-2006 существуют такие обозначения:

очень мягкие - буквы F и G;

к мягким кругам - H, I, J;

к средней мягкости относят маркировку K, L;

средние - это M, N;

круги средней твердости имеют в обозначении буквы O, P, Q;

твердые обозначаются как R и S;

очень твердые - T, U;

к чрезвычайно твердым относят V, W, X, Y, Z.

Какую твердость шлифкруга выбрать? Это зависит от многих параметров - особенностей обрабатываемого материала или поверхности, физических свойств, конечно, мощности шлифовальной машинки. Если необходимо выдержать точную форму обрабатываемого материала, следует приобрести круг с высокой степенью твердости. Мягкие же применяются для предотвращения трещин и прижогов, также при шлифовке без дополнительного жидкостно-смазочного охлаждения поверхности.

К примеру, возьмем тот же шлифовальный круг 25A, у которого класс твердости K, а структура 7. Это означает, что этот диск относится к среднемягким и имеет среднюю структуру абразива.

Тип связки

Связка является показателем скрепления между собой абразивных зерен. Современные круги для шлифовки имеют три вида связок:

V (керамическая, ранее маркировалась буквой К);

B (бакелитовая, ранее известная как Б4 и БУ);

R (вулканитовая, раньше обозначалась буквой В).

Круги с керамической маркировкой имеют смешанные и измельченные в различных пропорциях материалы, такие как кварц, песок, глину и т.п. Такие круги достаточно высокопрочные. Однако применять их при силовом шлифовании металла не следует.

Бакелитовые или круги из искусственной смолы высокоэластичны и термостойки. Часто бакелит смешивают с упрочняющими элементами, например, с графитом.

Вулканическая связка состоит в основном из каучука, применяют такие круги в отдельных отраслях обработки.

На примере шлифовального круга 25A F180 K 7 V рассмотрим тип связки, где обозначение V относит данный диск к керамической связке.

Класс неустойчивости

Класс точности имеет три значения: АА, А и Б. Первый тип применяют для работ на станках, автоматических линиях. Класс А довольно точный, а круги класса Б применяются для менее ответственных операций при обработке поверхностей.

Неустойчивость имеет четыре класса (от 1 - самый точный - до 4 - самый грубый). Это обозначение показывает специалисту отношение массы абразивного диска к точности его геометрической формы. Зачастую маркировка классов точности и неустойчивости указаны рядом.

Например, рассматриваемый нами шлифовальный круг 25А F46 L 6 V 35 Б 3 имеет показатели точности Б и неустойчивости 3.

Так, круги с маркировкой АА имеют наименьшую неуравновешенность, с точностью А - 1 и 2, с буквенным обозначением Б - от 1 до 4 классов.

Основные виды шлифовальных работ

На шлифовальных станках можно выполнять шлифование наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, шлифование плоских поверхностей, зубчатых колес, резьбы и другие шлифовальные работы с применением соответствующих кругов и приспособлений [11].

Шлифование наружных цилиндрических поверхностей производят на круглошлифовальных станках, применяя способы продольной и поперечной подачи или глубинный способ. Такие поверхности можно также шлифовать на бесцентровых станках при работе по методу продольной подачи или при шлифовании до упора.

На рис. 2, а, показано шлифование цилиндрической поверхности на бесцентровом станке методом продольной подачи. Цилиндрическая деталь 1 по загрузочным валикам 2 и 3 подается к вращающимся шлифующему 4 и ведущему 5 кругам, захватывается ими и поступает в рабочую зону для шлифования; здесь деталь поддерживается упором (ножом) 6. Отшлифованное изделие из рабочей зоны поступает на выходные направляющие планки 7.

За один проход шлифовальный круг снимает слой металла толщиной 0,02-0,3 мм (на диаметр заготовки).



Рис. 2. Основные виды шлифования наружных, внутренних и конических поверхностей: а - шлифование цилиндрической поверхности; б - обработка внутреннего цилиндрического отверстия; в - шлифование отверстий колец; г, д - шлифование наружных конических поверхностей; 1 - деталь; 2, 3 - загрузочные валики; 4 - шлифующий круг; 5 - ведущий круг; 6 - упор; 7 - направляющие планки; 8 - поддерживающий ролик; 9 - прижимной ролик; 10 - ведущий ролик; 11 - корпус; 12 - шпиндель

Шлифование до упора применяется для обработки ступенчатых деталей.

Внутренние цилиндрические поверхности шлифуют на внутришлифовальных, планетарно-шлифовальных и бесцентровых станках.

Внутреннее шлифование применяют главным образом при обработке точных отверстий в закаленных деталях, а также в случаях, когда по каким-либо причинам невозможно использовать другие, более производительные методы точной обработки отверстий, например алмазное растачивание, хонингование и др.

Существуют две основные разновидности внутреннего шлифования: 1) шлифование отверстия во вращающейся заготовке и 2) шлифование отверстия в неподвижной заготовке.

Первый способ применяют при шлифовании отверстий в небольших по размерам заготовках, преимущественно представляющих собой тела вращения, например, отверстий в зубчатых колесах, в кольцах шарико- и роликоподшипников, а второй - при шлифовании отверстий в заготовках корпусных деталей, которые неудобно или невозможно закрепить в патроне станка.

В обоих случаях осуществляется продольная подача шлифовального круга вдоль оси шлифуемого отверстия; в первом случае - движением шпиндельной головки, во втором - движением стола.

Наиболее существенное отличие внутреннего шлифования от наружного круглого шлифования заключается в том, что обработка производится кругом малого диаметра. Как правило, диаметр круга при внутреннем шлифовании составляет 0,7-0,9 диаметра шлифуемой заготовки.

В обычных конструкциях шпиндельных головок окружная скорость круга при шлифовании отверстий малого диаметра большей частью не превышает 10 м/с и возрастает с увеличением размеров головок в соответствии с увеличением диаметров шлифуемых ими отверстий, доходя до 30 м/с при диаметрах отверстий свыше 30 мм. Относительно малая жесткость шпинделя шлифовального круга ограничивает величину глубины резания (поперечной подачей), составляющей (в зависимости от диаметра шлифуемого отверстия) при предварительном шлифовании стали и чугуна 0,5-0,02 мм и при чистовом шлифовании - 0,002-0,01 мм на один двойной ход. Меньшие значения поперечной подачи применяют при диаметрах отверстий, не превышающих 40 мм, и при больших отношениях длины отверстия к его диаметру. Во всех случаях внутреннее шлифование производят с продольной подачей. Величина продольной подачи составляет, как и при круглом наружном шлифовании, 0,4-0,8 ширины круга - при предварительном шлифовании и 0,25-0,4 ширины круга - при чистовом, причем меньшие значения применяют при отношении длины отверстия к диаметру, равном трем.

Для обработки внутреннего цилиндрического отверстия деталь небольших размеров закрепляют в патроне станка и сообщают ей вращательное движение (рис. 2, б). Шлифовальный круг прямого плоского профиля имеет вращательное движение и две подачи: продольную вдоль оси и поперечную (радиальную) после каждого прохода. Круг должен иметь перебег на своей высоты.

Крупные детали, которые неудобно или невозможно закреплять в патронах, устанавливают на столе планетарно-шлифовального станка, шпиндель круга которого вращается не только вокруг своей оси, но и вокруг оси обрабатываемого отверстия (см. рис. 2, б); кроме того, шлифовальный круг получает продольную подачу вдоль оси.

Отверстия колец (рис. 2, в) шлифуют на бесцентровом станке. Обрабатываемая деталь 1 вводится в рабочую зону и устанавливается между поддерживающим 8, прижимным 9 и ведущим 10 стальными роликами, находящимися в общем корпусе 11. Ролик 9, вращаясь на оси рычага, с заданным усилием прижимает обрабатываемую деталь к ведущему и поддерживающему роликам. Ведущий ролик, получающий движение от привода, вращает деталь со скоростью 40-60 м/мин. Осевым усилием, возникающим благодаря тому, что ось ведущего ролика повернута примерно на полградуса, деталь торцом прижимается к упору и шлифуется кругом, закрепленным на шпинделе 12. Шлифование обеспечивается благодаря силе трения, возникающей между ведущим роликом и деталью.

Бесцентровое шлифование обеспечивает очень высокую точность обработки.

Шлифование наружных конических поверхностей производят на круглошлифовальных станках путем поворота: 1) стола на угол конусности обрабатываемой детали (рис. 2, г); 2) шлифовальной бабки (рис. 2, д) и 3) передней бабки вместе с закрепленной в кулачковом патроне короткой шлифуемой деталью.

Наружные конические поверхности обрабатывают также заправкой шлифовального круга на конус, при этом улучшение качества шлифования детали достигается продольным колебательным движением круга. Внутренние конические поверхности шлифуют на бесцентровых станках путем поворота корпуса 12 (рис. 2, в) и детали на необходимый угол конусности, а также на внутришлифовальных станках путем поворота на определенный угол передней бабки с закрепленной деталью.

Фасонные поверхности отделывают на кругло- и плоскошлифовальных станках. К фасонному шлифованию относят также обработку направляющих станин сложной формы (рис. 3, а).

Рис. 3. Основные виды шлифования фасонных поверхностей, зубчатых колес и резьбы: а - обработка направляющих станин сложной формы; б - шлифование тарельчатыми кругами; в - профильное копирование; г - отделка резьбы; 1 - деталь; 2 - шлифовальный круг



Шлифование зубчатых колес осуществляют на зубошлифовальных станках методом обкатки или профильным копированием, применяя фасонные шлифовальные круги.

При обкатке зубья шлифуют двумя тарельчатыми кругами (рис. 3, б), которые устанавливают так, чтобы их торцы, обращенные к шпинделям, совпадали с боковыми сторонами зубьев. Боковые профили зубьев обрабатывают при сложных движениях зубчатого колеса и шлифовальных кругов.

При методе профильного копирования (рис. 3, в) зубья шлифуют фасонным кругом, имеющим форму впадины между зубьями. Таким шлифовальным кругом одновременно обрабатывают оба боковых профиля зубьев колеса.

Отделку резьбы производят на резьбошлифовальных станках однониточными или многониточными профильными шлифовальными кругами. Резьбошлифование бывает наружное и внутреннее. При наружном шлифовании резьбы многониточным кругом (рис. 3, г) деталь 1 устанавливают между центрами станка. Шлифовальный круг 2, укрепленный на шпинделе шлифовальной бабки, вращается от отдельного привода и имеет продольное перемещение на один шаг за один оборот детали.

Плоские поверхности шлифуют на плоскошлифовальных станках. Крупные детали закрепляют на столе станка при помощи упоров, планок и других приспособлений, а мелкие детали - при помощи электромагнитных плит.

Плоскости шлифуют периферией или торцом шлифовального круга.

На рис. 4 приведены различные схемы шлифования плоскостей периферией круга. Таким способом можно шлифовать при возвратно-поступательном движении стола станка с обрабатываемой заготовкой (рис. 4,а). Шлифовальный круг при этом совершает вращательное движение и движение поперечной подачи на каждый двойной ход стола, а также радиальную подачу для перемещения его на глубину шлифования.

Рис. 4. Основные схемы шлифования плоскостей периферией круга: а - при возвратно-поступательном движении стола станка с обрабатываемой заготовкой; б - при закреплении обрабатываемой заготовки на вращающемся столе

Шлифование периферией круга можно осуществить и при закреплении обрабатываемой заготовки на круглом вращающемся столе (рис. 4, б). В этом случае шлифовальный круг совершает вращательное и одновременно возвратно-поступательное движение параллельно шлифуемой поверхности. Шлифование плоскостей торцом круга выполняют как при поступательном движении обрабатываемой заготовки, так и при ее вращении.

4. Для изготовления молотовых штампов выбрана сталь 5ХНВ. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке данной стали. Опишите структуры и главные свойства штампов после термической обработки

Характеристики материала 5ХНВ

Марка:	5ХНВ
Классификация:	Сталь инструментальная легированная
Применение:	для молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей до 3 тонн

Механические свойства при Т=20 °С материала 5ХНВ

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
			1280	1050	11	45	400



Твердость материала 5ХНВ после отжига	HB 10 -1 = 255 МПа

Температура критических точек материала 5ХНВ

Ac1 = 730, Ac3(Acm) = 780, Mn = 205

Химический состав в % материала 5ХНВ

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W
0.5-0.6	0.1-0.4	0.5-0.8	1.4-1.8	до 0.03	до 0.03	0.5-0.8	0.4-0.7

Режим термической обработки: двухступенчатая закалка, первая при температуре - 950 градусов с охлаждением на воздухе, вторая при температуре - 860, охлаждение на воздухе с последующем отпуском 600 градусов на воздухе или в масле; цементирование.

При закалке на воздухе приобретают в сердцевине структуру нижнего бейнита или низкоуглеродистого мартенсита, что приводит к значительному упрочнению. В результате цементации повышается устойчивость переохлажденного аустенита в поверхностном слое, особенно в зоне промежуточного превращения, поэтому при закалке на воздухе на поверхности образуется высокоуглеродистый мартенсит, обладающий твердостью 58--62 НRС.

При насыщении стали углеродом понижается температура мартенситного превращения в поверхностном слое и возрастает количество остаточного аустенита, особенно в сталях 5ХНВ. Остаточный аустенит понижает твердость, а в некоторых случаях сопротивление износу и предел выносливости. Снижение количества остаточного аустенита достигается обработкой холодом (от --100 до --120 °С) после закалки или применением промежуточного высокого отпуска (600--640 °С) с последующей закалкой при возможно более низкой температуре.

При высоком отпуске из аустенита выделяются легированные карбиды.

При последующем нагреве под закалку значительная часть карбидов остается вне твердого раствора, а менее легированный аустенит при охлаждении превращается в мартенсит, и поэтому количество остаточного аустенита уменьшается, а твердость повышается. Сталь после такого высокого отпуска характеризуется меньшей прокаливаемостью при последующей закалке. При обработке холодом уменьшается количество остаточного аустенита и повышается твердость, однако происходит некоторое снижение предела выносливости, износостойкости и вязкости по сравнению с высоким отпуском.

Сталь 5ХНВ из-за высокой устойчивости аустенита в перлитной области не снижает твердости при отжиге. Для возможности обработки резанием сталь подвергается высокому отпуску при 630--640 °С, после которого она получает твердость 269--217 НВ.

5. Для заливки вкладышей ответственных подшипников скольжения выбран сплав Б83. Укажите состав и определите группу сплава по назначению. Зарисуйте и опишите микроструктуру сплава. Приведите основные требования, предъявляемые к баббитам

Марка	Б83
Классификация	Оловянные баббиты
Применение	для изготовления баббитов в чушках, применяемых для заливки подшипников и других деталей; температура заливки 440-460°C; температура начала расплавления 240°C

Механические свойства при Т=20oС материала Б83

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
			110-120	80-85

Твердость материала Б83	HB 10 -1 = 27 - 30 МПа



Физические свойства материала Б83

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20				7380

Литейно-технологические свойства материала Б83

Температура плавления, °C :	370

Баббитами называют антифрикционные сплавы на основе олова или свинца. Баббиты обладают низкой твердостью (HB130 - 320МПа), имеют невысокую температуру плавления (240-320 °С), повышенную размягчаемость (НВ90 - 240 МПа при 100 °С), отлично прирабатываются и обладают высокими антифрикционными свойствами. В то же время они обладают низким сопротивлением усталости, что влияет на работоспособность подшипников.

Баббит Б83 - сплав на основе олова, содержащий 83% Sn, 11% Sb и 6% Си. Если бы сплав не содержал меди, то согласно диаграмме состояния Sn - Sb его структура должна бы состоять из двух составляющих: светлых граненых первичных кристаллов b -фазы (твердые включения) и темных a -кристаллов раствора на базе олова (мягкая составляющая). Границы зерен в a -фазе обычно не вытравливаются, поэтому под микроскопом она выглядит как сплошной черный фон. Промежуточную фазy можно рассматривать как твердый раствор на основе соединения SnSb.

Медь, введенная в сплав Б83 для предотвращения ликвации по плотности, образует с оловом интерметаллид Cu₃Sn (твердая составляющая), звездчатые кристаллы которого, выделяясь в первую очередь из расплава, образуют как бы каркас, препятствующий всплытию более легких b -кристаллов. Таким образом, структура баббита Б83 состоит из трех фаз - a, b (SnSb) и g (Cu₃Sn.) (рис. 5).



Рис. 5. Микроструктура баббита Б83

(Справа - схематическое изображение микроструктуры)

Оловянные баббиты являются лучшими подшипниковыми сплавами и применяются для заливки наиболее ответственных подшипников паровых турбин, компрессоров, дизелей и других высоконагруженных установок, работающих со смазкой при высоких скоростях скольжения.

5. Почему для изготовления инструмента применяется сталь с исходной структурой зернистого перлита? В результате какой термической обработки можно получить эту структуру? Приведите конкретный режим любой инструментальной стали.

Инструментальной называется сталь, содержащая в своем составе более 0,7% углерода. К основным характеристикам инструментальной стали следует отнести прочность и твердость, максимальные показатели которых достигаются после процедуры термической обработки. Основным применением такой стали является изготовление инструментов.

Инструментальная сталь подразделяется на качественную и высококачественную. Низкая цена и высокая твердость делают инструментальную сталь максимально востребованной. Однако необходимо отметить и недостатки, которыми обладает инструментальная сталь, главным из которых является ее низкая износостойкость. Именно наличие этого недостатка обусловливает область применения инструментальных сталей и не позволяет использовать их при изготовлении деталей оборудования и машин, подверженных постоянным нагрузкам.

Углеродистые стали в исходном (отожженном) состоянии имеют структуру зернистого перлита, низкую твердость (НВ 170--180) и хорошо обрабатываются резанием. Температура закалки углеродистых инструментальных сталей У10 - У13 должна быть 760--780 °С, т. е. несколько выше Ас₁, но ниже А_ст для того, чтобы в результате закалки стали получали мартенситную структуру и сохраняли мелкое зерно и нерастворенные частицы вторичного цементита. Закалку проводят в воде или водных растворах солей. Мелкий инструмент из сталей У10--У12 для уменьшения деформации охлаждают в горячих средах (ступенчатая закалка).

Отпуск проводят при 150--170 °С для сохранения высокой твердости (62--63 ИКС).

Углеродистая инструментальная сталь (марки У7, У9, У8, У10 и др.) имеет свойство терять прочность при нагревании. Именно этим обуславливается ее применение при изготовлении инструментов, работающих при условиях резания с небольшими скоростями, и соответственно с небольшими температурами нагревания (не более 200 градусов по шкале Цельсия). Как правило, из нее изготавливают метчики, сверла, развертки, напильники и т. п. Имея не высокие показатели свариваемости, углеродистая инструментальная сталь не применяется для конструкций сварных.

Инструментальная сталь легированная (марки 4Х5 МФС, 5ХНМ, 3Х3М3Ф, 4Х5 МФС и др.) содержит в своем составе легирующие элементы (медь, марганец, никель и прочие), существенно улучшающие ее характеристики.

Основным применением легированной инструментальной стали является изготовление штампового и режущего инструмента. Это разнообразные фрезы, сверла, метчики, плашки, развертки и прочее. Этот вид стали не применим для сварных конструкций.

Быстрорежущие инструментальные стали (марки Р18, Р6М5, Р6М5Ф3, Р9К9, Р18, Р6М5К5 и др.) применяются для изготовления режущего инструмента, работающего на больших скоростях резания, и соответственно испытывают нагревание (от 600 до 6 500 градусов по шкале Цельсия) от трения в процессе работы, сохраняя твердость и не деформируясь. Этот вид стали имеет хорошую свариваемость со сталью марки 45 и 40Х посредством стыковой сварки.



Список литературы

1. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. - М.: Высшая школа, 2000. - 637 с.: ил.

2. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. - 5-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 646 с.: ил.

3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.Н. Материаловедение. Учебник для ВУЗов технич. спец. - 3-е изд. - М. Машиностроение, 2000. - 528 с.

4. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных ВУЗов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 5-е изд., испр. - М. Машиностроение, 2003. - 511с.: ил.

5. Технология конструкционных материалов. Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов в 4 ч. Под ред. Д.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г. Дубенского. - Тула. Изд-во ТулГУ. - 2007.

6. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник для ВУЗов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Демьянцевич, А.В. Кузин, Д.И. Чашников. - 2-е изд., перер., доп. - М. МИСИС, 2006. - 576с.

7. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов, обуч. по направлению подгот. бакалавров «Технология, оборуд. и автомат. машиностр. пр-в» и спец. «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» и др. / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - М.: Машиностроение, 2003. - 255с.: ил.

8. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов электротехнических и электромеханических спец. ВУЗов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. - М. Высшая школа, 2004. - 518с.: ил.

9. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗов, обуч. по напр. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / А.В. Шишкин и др.; под ред. В.С. Чередниченко. - 3-е изд., стер. - М.: ОМЕГА-Л, 2007. - 751с.: ил. (Высшее техническое образование).- (Учебное пособие)

10. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для студентов немашиностроительных спец. ВУЗов. - М.: Высшая школа, 2005. - 446 с., ил.

11. Тарасов В.Л. Технология конструкционных материалов: Учеб. для ВУЗов по спец. «Технология деревообработки» / Моск. гос. ун-т леса. - М.: Изд-во Моск. гос. ун-т леса, 2006. - 326 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...