Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Испытания на растяжение, начертить диаграмму растяжения и объяснить ее

2. Коррозия металлов и её виды

3. Расшифровать маркировку: 25ХГМ; БСт 1

4. Понятие кристаллизации и образование слитка

5. Дать характеристику меди и ее сплавам, привести примеры маркировки

Список литературы

1. Испытания на растяжение, начертить диаграмму растяжения и объяснить ее

При проектировании строительных конструкций, машин и механизмов инженеру необходимо знать значения величин, характеризующих прочностные и деформационные свойства материалов. Их можно получить путем механических испытаний, проводимых в экспериментальных лабораториях на соответствующих испытательных машинах. Таких испытаний проводится много и самых различных - испытания на твердость, сопротивляемость ударным и переменным нагрузкам, противодействие высоким температурам и т.д. Подробное описание всех видов механических испытаний и применяемых при этом машин и приборов приводится в специальной литературе. Мы же рассмотрим лишь испытания металлов на растяжение.

Наибольшую информацию о механических свойствах металлов можно получить из статических испытаний на растяжение. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТом.

Для испытания на растяжение применяют образцы специальной формы - цилиндрические (рис.1). Образцы имеют рабочую часть с начальной длиной l0, на которой определяется удлинение, и головки с переходным участком, форма и размеры которых зависят от способов их крепления в захватах машины. Различают длинные образцы с отношением l0/d0 = 10 и короткие - l0/d0=5. Размеры образцов делают стандартными для того, чтобы результаты испытаний, полученные в разных лабораториях, были сравнимы.

Рис. 1

Испытания проводят на разрывных или универсальных машинах. В зависимости от метода приложения нагрузки машины бывают с механическим или гидравлическим приводом. Они обычно выпускаются с вертикальным расположением образца. Передача усилия на образец осуществляется через захваты. Разрывная машина снабжена устройством для автоматической записи в определенном масштабе диаграммы растяжения, т.е. графика зависимости между растягивающей силой Р и удлинением образца Dl. На рис.2 представлена диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали.

В начальной стадии нагружения до некоторой точки А диаграмма растяжения представляет собой наклонную прямую, что указывает на пропорциональность между нагрузкой и деформацией - справедливость закона Гука.

Рис. 2

Нагрузка, при которой эта пропорциональность еще не нарушается, на диаграмме обозначена Рпц и используется для вычисления предела пропорциональности:

sпц=, (1)

где F0 - начальная площадь поперечного сечения образца.

Пределом пропорциональности sпц называется наибольшее напряжение, до которого существует прямо пропорциональная зависимость между нагрузкой и деформацией.

Зона ОА называется зоной упругости. Здесь возникают только упругие, очень незначительные деформации. Данные, характеризующие эту зону, позволяют определить значение модуля упругости Е, как тангенс угла наклона этой прямой.

После достижения предела пропорциональности деформации начинают расти быстрее, чем нагрузка, и диаграмма становится криволинейной. На этом участке в непосредственной близости от точки А находится точка В, соответствующая пределу упругости:

sуп=. (2)

Пределом упругости sуп называется максимальное напряжение, при котором в материале не обнаруживается признаков пластической (остаточной) деформации.

У большинства металлов значения предела пропорциональности и предела упругости незначительно отличаются друг от друга. Поэтому обычно считают, что они практически совпадают.

При дальнейшем нагружении криволинейная часть диаграммы переходит в почти горизонтальный участок СД - площадку текучести. Здесь деформации растут практически без увеличения нагрузки. Нагрузка Рт, соответствующая точке Д, используется при определении физического предела текучести:

sт=. (3)

Пределом текучести sт называется напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.

Предел текучести является одной из основных механических характеристик прочности металлов.

Зона ВД называется зоной общей текучести. В этой зоне значительно развиваются пластические деформации. При этом происходит изменение внутренней структуры металла, что приводит к его упрочнению. Диаграмма после зоны текучести снова становится криволинейной, образец приобретает способность воспринимать возрастающее усилие до значения Рmax - точка Е на диаграмме. Это усилие используется для вычисления временного сопротивления или предела прочности

sв=. (4)

Пределом прочности называется напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, достигнутой в ходе испытаний.

Зона ДЕ называется зоной упрочнения. Здесь удлинение образца происходит равномерно по всей его длине, первоначальная цилиндрическая форма образца сохраняется, а поперечное сечение изменяется незначительно, но также равномерно.

При максимальном или несколько меньшем усилии на образце в наиболее слабом месте возникает локальное уменьшение поперечного сечения - шейка. Дальнейшая деформация происходит в этой зоне образца. Сечение в середине шейки продолжает быстро уменьшаться, но напряжения в этом сечении все время растут, хотя растягивающее усилие и убывает. Вне области шейки напряжения уменьшаются, и поэтому удлинение остальной части образца не происходит. Наконец, в точке К образец разрушается. Сила, соответствующая точке К, называется разрушающей Рк, а напряжения - истинным сопротивлением разрыву:

Sк=, (5)

где Fк - площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Зона ЕК называется зоной местной текучести.

Помимо указанных характеристик прочности определяют характеристики пластичности.

Относительное удлинение после разрыва d (%) - это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к ее первоначальному значению, вычисляемое по формуле:

%. (6)

Заметим, что относительное удлинение после разрыва зависит от отношения расчетной длины образца к его диаметру. С увеличением этого отношения значение d уменьшается, так как зона шейки (зона местной пластической деформации) у длинных образцов занимает относительно меньше места, чем в коротких образцах. Кроме того, относительное удлинение зависит и от места расположения шейки (разрыва) на расчетной длине образца. При возникновении шейки в средней части образца местные деформации в области шейки могут свободно развиваться и относительное удлинение будет больше, чем в случае, когда шейка возникает ближе к головке образца, тогда местные деформации будут стеснены.

Другой характеристикой пластичности является относительное сужение после разрыва y (%), представляющее собой отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади поперечного сечения образца:

%. (7)

Диаграмма растяжения характеризует свойства образца, так как зависит от его размеров. Для оценки механических свойств материала диаграмму растяжения перестраивают в координатах "напряжение-деформация": все ординаты делят на первоначальную площадь поперечного сечения F0, а все абсциссы - на первоначальную длину рабочей части l0. В результате получаем диаграмму напряжений, которая имеет тот же вид, что и диаграмма растяжения, так как F0 и l0 постоянны. Эта диаграмма является условной, поскольку при ее построении не учитывается изменение значений F0 и l0 в процессе испытания.

Поэтому определенные ранее пределы пропорциональности, текучести и прочности являются условными. Истинные же напряжения в каждый момент нагружения будут больше условных. Заметное отклонение истинных напряжений от условных происходит после предела текучести, так как сужение сечения становится более значительным. Особенно сильно возрастает разница между напряжениями после образования шейки. Диаграмма напряжений, построенная с учетом сужения площади поперечного сечения и местного увеличения деформаций, называется диаграммой истинных напряжений.

Некоторые диаграммы растяжения не имеют ярко выраженной площадки текучести, например, для низколегированных сталей, сплавов алюминия (рис.3). В этих случаях вместо физического предела текучести определяют условный предел текучести s0,2 (точка Д) - напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от рабочей длины образца.

Рис. 3

2. Коррозия металлов и её виды

Химические и физико-химические реакции, возникающие в момент взаимодействия окружающей среды с металлами и сплавами, в большинстве случаев приводят к их самопроизвольному разрушению. Процесс саморазрушения имеет собственный термин - "коррозия". Результатом коррозии является существенное ухудшение свойств металла, вследствие чего изделия из него быстро выходят из строя. Каждый металл обладает свойствами, позволяющими ему сопротивляться разрушению. Коррозийная стойкость или, как ее еще называют, химическое сопротивление материала, является одним из главных критериев, по которым осуществляется отбор металлов и сплавов для изготовления тех или иных изделий.

В зависимости от интенсивности и длительности коррозийного процесса, металл, может быть, подвергнут как частичному, так и полному разрушению. Взаимодействие коррозийной среды и металла приводят к образованию на поверхности металла таких явлений, как окалина, оксидная пленка и ржавчина. Данные явления отличаются друг от друга не только внешним видом, но еще и степенью адгезии с поверхностью металлов. Так, например, в процессе окисления такого металла, как алюминий, его поверхность покрывает пленка оксидов, отличающаяся высокой прочностью. Благодаря этой пленке разрушительные процессы купируются и не проникают вовнутрь. Если говорить о ржавчине, то результатом ее воздействия является образование рыхлого слоя. Процесс коррозии в данном случае очень быстро проникает во внутреннюю структуру металла, что способствует его скорейшему разрушению.

Показатели, по которым осуществляется классификация коррозийных процессов: упругость разрыв коррозийный

· вид коррозийной среды;

· условия и механизм протекания;

· характер коррозийных разрушений;

· вид дополнительных воздействий на металл.

По механизму коррозийного процесса различают как химическую, так и электрохимическую коррозию металлов и сплавов.

Химическая коррозия - это взаимодействие металлов с коррозийной средой, в процессе которого наблюдается единовременное осуществление окисления металла и восстановление окислительного компонента среды. Взаимодействующие между собой продукты не разделены пространственно.

Электрохимическая коррозия - это взаимодействие металлов с коррозийно-активной средой, представляющей собой раствор электролита. Процесс ионизации атомов металла, а также процесс восстановления окислительного компонента данной коррозийной среды протекают в разных актах. Электродный потенциал раствора электролита оказывает существенное влияние на скорость этих процессов.

В зависимости от типа агрессивной среды существует несколько видов коррозии.

Атмосферная коррозия представляет собой саморазрушение металлов в воздушной атмосфере, либо в газовой атмосфере, отличающейся повышенной влажностью.

Газовая коррозия - это коррозия металлов, происходящая в газовой среде, содержание влаги в которой минимально. Отсутствие влаги в газовой среде не единственное условие, способствующее саморазрушению металла. Также коррозия возможна и при высоких температурах. Наиболее часто встречается данный вид коррозии в нефтехимической и химической промышленности.

Радиационная коррозия представляет собой саморазрушение металла под воздействием на него радиоактивного излучения разной степени интенсивности.

Подземная коррозия - это коррозия, происходящая в почвах и различных грунтах.

Контактная коррозия представляет вид коррозии, образованию которого способствует контакт нескольких металлов, отличающихся друг от друга стационарными потенциалами в конкретном электролите.

Биокоррозия - это коррозия металлов, происходящая под воздействием различных микроорганизмов и их жизнедеятельности.

Коррозия током (внешним и блуждающим) - еще один вид коррозии металлов. Если на металл воздействует ток от внешнего источника, то это коррозия внешним током. Если же воздействие осуществляется посредством блуждающего тока, то это коррозия блуждающего тока.

Коррозийная кавитация представляет собой процесс саморазрушения металлов, возникновению которого способствует как ударное, так и коррозионное воздействие внешней среды.

Коррозия под напряжением представляет собой коррозию металла, причиной появления которой является взаимодействие коррозийно-активной среды и напряжений механического типа. Данный вид коррозии представляет существенную опасность для конструкций из металла, которые подвергаются сильнейшим механическим нагрузкам.

Фреттинг-коррозия - вид коррозии металлов, к которой приводит совокупность вибрации и воздействие коррозийной среды. Чтобы минимизировать вероятность возникновения коррозии при трении и вибрации, необходимо внимательно подходить к выбору конструкционного материала. Также необходимо применять специальные покрытия и по возможности снизить коэффициент трения.

По характеру разрушений коррозия разделяется: на сплошную, и избирательную.

Сплошная коррозия полностью покрывает поверхность металла. Если скорость разрушений на всей поверхности одинакова, то это равномерная коррозия. Если разрушение металла на различных его участках происходит с разной скоростью, то коррозия называется неравномерной.

Избирательная коррозия подразумевает разрушение одного из компонентов сплава или же одной структурной составляющей.

Местная коррозия, проявляющаяся в виде отдельно разбросанных по поверхности металла пятен, представляет собой углубления разной толщины. Разрушения могут представлять собой раковины или точки.

Подповерхностная коррозия образуется непосредственно на поверхности металла, после чего активно проникает вглубь. Данный вид коррозии сопровождается расслоением изделий из металла.

Межкристаллитная коррозия проявляется в разрушении металла по границам зерен. По внешнему виду металла ее достаточно сложно определить. Однако очень быстро меняются показатели прочности и пластичности металла. Изделия из него становятся хрупкими. Наиболее опасен этот вид коррозии для хромистых и хромоникелевых видов стали, а также для алюминиевых и никелевых сплавов.

Щелевая коррозия образуется на тех участках металлов и сплавов, которые находятся в резьбовых креплениях, различных зазорах и под всевозможными прокладками.

3. Расшифровать маркировку: 25ХГМ; БСт 1

Сталь - продукт черной металлургии, главный конструкционный материал. Из него производят строительную арматуру, металлопрокат различного профиля, трубы, детали, механизмы и инструменты. Производство стали Черная металлургия занимается производством чугуна и стали. Чугун - твердый, но не прочный материал. Сталь - прочный, надежный, пластичный, склонный к легированию металл, используемый в литейном производстве, прокатке, ковке и штамповке.

Легированная низкоуглеродистая сталь марки 25ХГМ основное применение нашла при производстве шестерен и зубчатых колёс для цилиндрических редукторов 1ЦУ, Ц 2У и 1Ц 3У. Однако, в следствии, низкого процента содержания углерода, сама по себе эта марка не подлежит термообработке. Поэтому, для получения необходимой твёрдости, сталь 25ХГМ подвергается цементации или азотированию. При этом верхний слой насыщается углеродом, и именно он проходит закалку. Применение такой технологии позволяет получить достаточную прочность зуба при сохранении пластичности, необходимой для предохранения зубьев от скалывания.

Химический состав стали 25ХГМ и расшифровка марки.

Кроме железа в состав стали 25ХГМ входят следующие элементы:

· углерод С - 0,23-0,29 %;

· кремний Si - 0.17-0.37 %;

· марганец Mn - 0,9-1,2 %;

· сера S - менее 0,035 %;

· фосфор P - менее 0,035 %;

· хром Cr - 0,9-1,2 %;

· никель Ni - менее 0,3 %;

· медь Cu - менее 0.3 %;

· молибден Mo - 0,2-0,3 %.

Расшифровка марки стали 25ХГМ:

· 25 - сотые доли процента содержание углерода;

· ХГМ - содержание хрома, марганца и молибдена менее 1%.

Таблица 1 - Технологические характеристики металла.

свариваемость	флокеночувствительность	склонность к отпускной хрупкости
Ограниченно свариваемая: РД, РАД, АФ и КТ	не чувствительна	склонна

Таблица 2 - Механические свойства в зависимости от термообработки.

Термобоработка(комплекс), состояние	Термобоработка, T	Термобоработка, среда	Сечение, мм	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	KCU, Дж/м 2	HRCэ
закалка, отпуск	845-875 170-230	масло воздух	до 80	1080.0	1180.0	10.0	45.0	78.0
закалка, отпуск	845-875 170-230	масло воздух	81-150	1080.0	1180.0	8.0	40.0	70.0
закалка, отпуск	845-875 170-230	масло воздух	более 150	1080.0	1180.0	7.0	35.0	66.0
нитроцементация закалка отпуск	860-880 860-880 180-20	масло воздух	25-60						50-60

Таблица 3 - Механические свойства стали 25ХГМ при повышенных и пониженных температурах.

Состояние поставки, режим термообработки	Температура испытания, С	KCU, Дж/м 2
закалка 820, масло, отпуск 200, воздух	20.0	65.0
	0.0	64.0
	-20.0	62.0
	-40.0	62.0
	-60.0	55.0

4. Понятие кристаллизации и образование слитка

Любое вещество, как известно, может находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. В металлах и сплавах при определенных температурах также происходит изменение агрегатного состояния: твердое состояние сменяется жидким при температуре плавления, жидкое состояние переходит в газообразное при температуре кипения. Температуры перехода зависят от давления, но при постоянном давлении они вполне определены. Температура плавления для каждого металла определена и является постоянной.

При переходе из жидкого состояния в твердое - образуется кристаллическая решетка, возникают кристаллы. Такой процесс называется кристаллизацией.

Чем же объясняется существование при одних температурах жидкого, а при других температурах твердого состояния и почему превращение происходит при строго определенных температурах?

В природе все самопроизвольно протекающие процессы или превращения, а, следовательно, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что новое состояние в новых условиях является энергетически более устойчивым, т.е. обладает меньшим запасом энергии. (Любая система в природе стремится к минимуму свободной энергии).

Энергетическое состояние системы характеризуется термодинамической функцией F, называемой свободной энергией (F=U - TS, где U - внутренняя энергия системы или полная энергия, T- абсолютная температура, S - энтропия). Отсюда следует, что чем больше свободная энергия системы, тем менее устойчива система, и если есть возможность, то система переходит в состояние, где свободная энергия меньше (как в примере с шариком).

Изменение внешних условий, например температуры, приводит к изменению свободной энергии. Эти изменения протекают по сложному закону, и они различны как для жидкого, так и для твердого состояния. Однако схематично это можно представить так:

Выше температуры Tо меньшей свободной энергией обладает вещество в жидком состоянии, ниже температуры Tо - вещество в твердом состоянии.

Очевидно, что температуре, равной Tо, свободные энергии жидкого и твердого состояний равны, металл в обоих состояниях находится в равновесии. Эта температура То и есть равновесная или теоретическая температура кристаллизации. Однако при То не может происходить процессов кристаллизации или плавления, т.к. при данной температуре Fж = Fкр.

Рис.4

Для начала кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Из графика следует, что это возможно только тогда, когда жидкость будет охлаждена ниже точки То. Температура, при которой практически начинается кристаллизация, называется фактической температурой кристаллизации.

Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением.

Рис. 5 Кривые охлаждения

Обратное превращение из кристаллического состояния в жидкое может произойти, соответственно, только выше температуры То, это явление называется перегревом.

Величиной или степенью переохлаждения называют разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации. (Пример: Тпл С, а Т- Mg - 651кр ф С).С, 651 - 615 = 36- 615

Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время - температура.

Охлаждение металла в жидком состоянии сопровождается плавным понижением температуры и может быть названо простым охлаждением, т.к. при этом нет качественного изменения состояния.

При достижении температуры кристаллизации на кривой температура - время появляется горизонтальная площадка, т.к. отвод тепла компенсируется выделяющейся при кристаллизации скрытой теплотой кристаллизации. По окончании кристаллизации, т.е. после полного перехода в твердое состояние, температура снова начинает снижаться, и твердое кристаллическое вещество охлаждается.

Механизм процесса кристаллизации

Еще в 1878 г. Д.К. Чернов, изучая структуру литой стали, указал, что процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов. Первый процесс заключается в зарождении мельчайших частиц кристаллов, которые Чернов назвал "зачатками", а теперь их называют зародышами или центрами кристаллизации. Второй процесс состоит в росте кристаллов из этих центров.

Предположим, что на данной площадке за секунду возникает пять зародышей, которые растут с определенной скоростью. К концу первой секунды образовалось пять зародышей, к концу второй секунды они выросли, и одновременно с этим возникло еще пять новых зародышей будущих кристаллов. И так процесс продолжается пока вся жидкость не закристаллизуется. Данный процесс можно изобразить кинетической кривой. Рассмотрение подобных схем кристаллизации позволяет объяснить два важных момента:

1. По мере развития процесса кристаллизации в нем участвует все большее и большее число кристаллов. Поэтому процесс кристаллизации вначале ускоряется, пока в какой-то момент (обычно, когда закристаллизовалось около 50% жидкости) взаимное столкновение растущих кристаллов не начинает заметно препятствовать их росту; рост кристаллов замедляется, тем более что и жидкости, в которой образуются новые кристаллы, становится все меньше.

2. В процессе кристаллизации, пока кристалл окружен жидкостью, он часто имеет правильную форму, но при столкновении и срастании кристаллов их правильная форма нарушается, внешняя форма кристалла оказывается зависимой от условий соприкосновения растущих кристаллов. Вот почему кристаллы металлов - зерна - не имеют правильной формы.

Скорость всего процесса кристаллизации качественно определяется двумя величинами: скоростью зарождения центров кристаллизации и скоростью роста кристаллов.

Обе эти величины можно измерить для разных условий кристаллизации.

ч.ц - число центров кристаллизации, возникших в 1 мм 3 за 1 сек.

с.к. - есть скорость увеличения линейных размеров кристалла мм/сек.

Исследование кристаллизации показало, что ч.ц. и с.к. определяются степенью переохлаждения.

Зависимости с.к. и ч.ц. от переохлаждения выражаются кривой с максимумом. При теоретической температуре То (n = 0) значения с.к. и ч.ц. равны нулю и процесс кристаллизации идти не может Fж=Fкр.



Рис.6

С увеличением переохлаждения значения с.к. и ч.ц. возрастают, достигают максимума и затем понижаются. Снижение с.к. и ч.ц. при больших степенях переохлаждения вызвано тем, что при больших переохлаждениях и, следовательно, при низких температурах подвижность атомов уменьшается, тем самым уменьшается и способность системы к превращению. При больших степенях переохлаждения с.к. и ч.ц. становятся равными нулю, т.к. подвижность атомов уже недостаточна для того, чтобы осуществилась перестройка их из хаотического расположения в жидкости в правильное в кристалле.

Размер образовавшихся кристаллитов зависит от соотношения величины с.к. и ч.ц. при температуре кристаллизации, при данной степени переохлаждения. При большом значении с.к. и малом значении ч.ц. (такая ситуация складывается при малых степенях переохлаждения - рисунок), образуются немногочисленные крупные кристаллы; при малых значениях с.к. и больших ч.ц. (большое переохлаждение) образуется большое число мелких кристаллов. В случае если удается очень сильно переохладить жидкость без кристаллизации, то с.к. и ч.ц. становятся равными нулю, жидкость сохраняется непревращенной, незакристаллизовавшейся. Однако жидкие металлы мало склонны к переохлаждению и такого состояния достичь не могут. Соли, силикаты, органические вещества, наоборот, весьма склонны к переохлаждению. Примером может служить стекло, представляющее собой переохлажденную загустевшую жидкость. Такое состояние является аморфным, оно характеризуется отсутствием определенной температуры плавления и отсутствием правильного расположения атомов в виде определенной кристаллической решетки.

Вообще процесс кристаллизации может протекать только при условии уменьшения свободной энергии, поэтому, если образуется зародыш размером меньше Rкр, он расти не может, т.к. это повело бы к увеличению энергии системы. Если же образуется зародыш размером Rкр и более, то его рост возможен, т.к. это приведет к уменьшению свободной энергии. Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическим размером зародыша, а зародыш такого размера называется устойчивым. Чем больше степень переохлаждения, тем меньший размер имеет устойчивый зародыш.

Строение слитка

В реальных условиях кристаллизации степень переохлаждения может играть второстепенную роль, т.к. возникает множество других факторов, влияющих на данный процесс.

При кристаллизации из жидкого состояния для скорости течения процесса и для формы образующихся кристаллов первостепенное значение приобретают такие факторы, как скорость и направление отвода тепла, наличие нерастворившихся частиц, которые могут служить готовыми центрами кристаллизации, наличие конвекционных токов жидкости и т.д. например, в направлении отвода тепла кристалл растет быстрее, чем в другом направлении.

Если на боковой поверхности растущего кристалла (по каким-то причинам) возникает бугорок (изменился ток горячей жидкости, прилипла нерастворенная частица), то кристалл приобретает способность расти в боковом направлении. В результате образуется древовидный кристалл, так называемый дендрит, схематическая структура которого впервые была показана и описана Д.К. Черновым. В усадочной раковине 100-т стального слитка один из учеников Чернова нашел дендрит длиной 39 см. До сих пор во всех учебниках по металловедению или материаловедению данный дендрит показывают и называют как "кристалл Чернова".

Рис.7

Впервые описание стального слитка дано в 1878 году Д.К. Черновым. Основные характерные черты в строении литого металла были отмечены тогда Черновым, хотя многочисленные последующие исследования вскрыли много новых деталей, все же основные принципы остались прежними.

Итак, структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона - наружная мелкозернистая корка, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов - дендритов. При первом соприкосновении со стенками изложницы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает резкий градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.

Вторая зона слитка - зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются (из-за повышения температуры стенки изложницы, уменьшения теплообмена, т.к. появилось еще две границы раздела твердое - жидкое и твёрдое - стенка изложницы и др. причины), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения. В результате из небольшого числа центров кристаллизации начинают расти нормально ориентированные к поверхности корки столбчатые кристаллы (в сторону отвода тепла).

Третья зона слитка - зона равноосных кристаллов. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. Поэтому температура выравнивается и кристаллы растут по различным направлениям, встречаясь друг с другом. В результате этого образуется равноосная структура.

Расположение двух последних зон в слитке имеет большое значение.

В зоне столбчатых кристаллов металл более плотный, он содержит меньше раковин и газовых пузырей. Однако места стыков столбчатых кристаллов имеют малую прочность.

Кристаллизация, приводящая к стыку зон столбчатых кристаллов, носит название транскристаллизации. Степень развития столбчатых кристаллов будет варьироваться главным образом в зависимости от химического состава металла, степени его перегрева, от размера слитка, скорости разливки, формы изложницы и толщины, а также температуры ее стенок. Это будет влиять на скорость теплоотвода и образование больших или меньших градиентов температур внутри объема стали.

Рис. 8 Структура слитка

Жидкий металл имеет больший объем, чем закристаллизовавшийся, поэтому залитый в форму металл в процессе кристаллизации сокращается в объеме, что приводит к образованию пустот, называемых усадочными раковинами. Усадочные раковины могут быть либо сконцентрированы в одном месте, либо рассеяны по всему объему слитка или по его части. Поэтому, чтобы отлитое изделие не содержало в себе такого дефекта, как усадочная раковина, прибегают к такому технологическому приему, как изготовление теплой головы - увеличение объема формы, где бы и сконцентрировалась усадочная раковина. В то время как изделие будет без пор.

5. Дать характеристику меди и ее сплавам, привести примеры маркировки

Медь-это цветной металл. Она обладает высокими антикоррозийными свойствами как при нормальных атмосферных условиях, так в пресной и морской воде и других агрессивных средах. Однако медь не устойчива в аммиаке и сернистых газах.

Медь легко поддаётся обработке давлением и пайкой. Обладая невысокими литейными свойствами, медь тяжело режется и плохо сваривается. На практике медь используется в виде прутков, листов, проволоки, шин и труб.

Бескислородная М 0 (0,001% O2) и раскисленная М 1 (0,01% О 2) медь широко применяется в электронике, электровакуумной технике, в электротехнической промышленности.

Сплавы, содержащие в своём составе медь, обладают высокими антикоррозийными свойствами, хорошо сопротивляются износу и имеют высокие технические и механические характеристики.

В меди марок М 1р, М 2р и М 3р содержится 0,01% кислорода им 0,04% фосфора. В составе меди марок М 1, М 2 и М 3 процентное содержание кислорода составляет 0,05-0,08 %.

Марка М 0б характеризуется полным отсутствием кислорода. Процентное содержание кислорода в марка МО составляет до 0,02%.

Латунь - это сплав меди с цинком, содержащий до 45% цинка. Латуни бывают простые - сплав только меди и цинка, а также специальные, в состав которых входят олово, свинец, никель, марганец и другие элементы для придания сплавам высоких коррозионных свойств, хорошей обрабатываемости резанием, повышенной твердости и прочности. Простые латуни маркируют буквой Л и двухзначными цифрами, указывающими процент содержания меди. В специальных латунях за буквой Л следуют буквенное обозначение основных легирующих элементов и цифры, соответствующие содержанию меди и этих элементов. Легирующие элементы в латунях и бронзах обозначают буквами русского алфавита: О - олово, С - свинец, Ф - фосфор, Н - никель, Мц - марганец; Ж --железо, К --кремний, А --алюминий, Ц - цинк, Б - бериллий, Мш - мышьяк и т. д. Например, марка Л 90 обозначает латунь с содержанием 90% Сu, остальные 10% - Zn; марка ЛС 59-1 содержит 59% Сu, 1% РЬ и остальное --цинк.

Область применения латуней:

-ЛС 59-1, ЛС 74-3, ЛС 64-2 - детали, получаемые горячей штамповкой с последующей обработкой резанием;

-ЛО 70-1 и ЛО 62-1 - детали в морском судостроении;

- ЛН 65-5 - вкладышей подшипников;

- ЛА 67-2.5, ЛАЖ 60-1-2, ЛКС 80-3-3 - литые вкладышей подшипников, втулки

Бронза - это сплав меди с оловом, свинцом, никелем, в том числе и с цинком.

Бронзы обладают высокими механическими и антифрикционными свойствами, коррозионной устойчивостью, хорошими литейными свойствами и обрабатываемостью резанием. Маркируют бронзы буквами Бр, следующие буквы указывают на элементы, входящие в состав бронзы, а цифры показывают процентное содержание данных элементов. Например, деформируемые бронзы маркируются: марка Бр. ОФ 4-0,25 обозначает оловянную бронзу, содержащую 4% Sn, 0,25% РЬ и остальное - медь.

Область применения бронз:

-Бр. А 5, Бр. А 7, Бр. АЖ 9-4, Бр. АЖН 10-4-4, Бр. АЖМц 10-3-1,5 - втулки, фланцы, шестерни, работающие при температурах 400...500 °С;

-Бр. КН 1-3, Бр. КМц 3-1 - пружины и пружинящие детали, работающие при температурах до 250 °С;

- Бр. Б 2 - мембраны, пружины;

-Бр. С 30 вкладыши подшипников скольжения.

Список литературы

1. Фетисов Г.П., Карпман М.Г. и др. Материаловедение и технология металлов. - М.: Высшая школа, 2000.

2. Дриц М.Е. и др. Технология конструкционных материалов и материаловедение. - М.: Высшая школа, 1990.

3. Марочник сталей и сплавов /Под ред. В.Г. Сорокина и др. - М.: Машиностроение, 1989.

4. Технология конструкционных материалов /Под ред. А.М. Дальского, -М.: Машиностроение, 1990.

5. Вернер А.К., Курбатова И.А., Парфеновская О.А. Краткий курс лекций по ТКМ.-МГИУ, 2005.

1. Буланов Э.А., Тарасов А.С., Зубарев А.А. Лабораторный практикум по курсу "Прикладная механика". Раздел "Сопротивление материалов". - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 31 с.

2. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов: Учеб. для техн. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 624 с.

3. Епифанов А.П., Морозов А.Н. Виртуальные лабораторные работы по сопротивлению материалов и прикладной механике. - Красноярск: КФ ИрГУПС, 2005. - 34 с.

4. Ицкович Г.М. Сопротивление материалов: Учеб. для техникумов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1970. - 488 с.

5. Карцов С.К. Журнал лабораторных работ по курсу "Сопротивление материалов". - М.: МАДИ (ГТУ), 2007. - 17 с.

6. Морозов А.Н. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов и прикладной механике. - Красноярск: КФ ИрГУПС, 2003. - 82 с.

7. Сопротивление материалов. Под ред. А.Ф. Смирнова: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1975. - 480 с.

8. Стёпин П.А. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. - 7-е изд. - М.: Высш. шк., 1983. - 303 с.

9. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. - 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 592 с.

10. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов. Простые и сложные виды деформаций: Курс лекций. - М.: Издательский Дом МИСиС, 2008. - 307 с.

Размещено на Allbest.ru

...