При изучении высокотемпературной механической обработки (ВТМО ) необходимо знать, что этой операции можно подвергать любые стали, а при низкотемпературной (НТМО ) только те у которых переохлажденный аустенит обладает повышенной устойчивостью, т. е. легированные.
Раздел 2
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МАШИНО-
И ПРИБОРОСТРОЕНИИ
Тема 2.1 Конструкционные материалы
Студент должен:
знать:
- общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам;
- классификацию конструкционных материалов;
- технические характеристики конструкционных материалов: критерии прочности, надёжности, долговечности, экономической целесообразности и т.д.;
- методы повышения конструктивной прочности;
- маркировку и область применения сталей;
- принцип выбора сталей для конкретных условий работы;
уметь:
- выбирать стали для конкретных условий работы.
Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам. Методы повышения конструктивной прочности материалов. Классификация конструкционных материалов. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей. Углеродистые стали: обыкновенного качества и качественные стали. Легированные стали.
Методические указания
При изучении данной темы основное внимание необходимо обратить на классификацию конструкционных материалов, область их применения, маркировку согласно ГОСТ, знать все существующие методы повышения прочности металлических материалов, целесообразность их проведения.
Тема 2.2 Материалы с особыми технологическими свойствами
Студент должен:
знать:
- количественные и качественные характеристики обрабатываемости резанием;
- классификацию сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием;
- понятие о технологической пластичности; свойства, характеризующие технологическую пластичность;
- понятие свариваемости; факторы, влияющие на свариваемость;
- железоуглеродистые сплавы с высокими литейными свойствами;
- свойства и классификацию меди и медных сплавов;
уметь:
- выбирать материалы для обработки резанием;
- выбирать материалы для сварных соединений;
- выбирать материалы по их технологическим характеристикам.
Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием. Стали с высокой технологической пластичностью и свариваемостью. Железоуглеродистые сплавы с высокими литейными свойствами. Медные сплавы: общая характеристика и классификация латуни, бронзы.
Методические указания
При изучении данной темы необходимо представлять, каким требованиям должны отвечать стали с улучшенной обрабатываемостью резанием:
- Интенсивность изнашивания режущего инструмента;
- Максимально допустимая скорость резания;
- Чистота поверхности резания;
- Форма стружки и легкость ее отвода.
Повышение обрабатываемости резанием достигается технологическими и металлургическими приемами . к технологическим относятся термообработка и наклеп. Заготовки среднеуглеродистых сталей подвергают нормализации, т. к. она формирует наиболее благоприятную, с точки зрения обрабатываемости, структуру, состоящую из феррита и пластинчатого перлита. Нормализацию проводят с высоких температур нагрева для укрепления зерна, что несколько увеличивает допустимую скорость резания.
Обрабатываемость низкоуглеродистых сталей повышают холодной пластической деформацией, которая, снижая пластичность сталей, способствует получению сыпучей, легкоотделяющейся стружки.
Более эффективны металлургические приемы, предусматривающие введение в конструкционную сталь серы, селена, теллура, кальция , изменяющих состав и количество неметаллических включений; свинца, создающего собственные металлические включения; фосфора, изменяющего свойства металлической основы.
Технологическая пластичность – способность металла подвергаться горячей и холодной пластической деформации.
В горячем (аустенитном) состоянии большинство сталей обладают высокой пластичностью, что позволяет получать фасонный прокат и поковки без дефектов (трещин, разрывов и т. п.), более того, горячей обработкой давлением (в сочетании с последующим отжигом) измельчают микроструктуру, устраняют литейные дефекты и, формируя волокна вдоль контура поковок, создают благоприятно ориентированную макроструктуру.
Микроструктура стали должна состоять из феррита с небольшим количеством перлита. Выделение по границам зерен структурно свободного (третичного) цементита строго ограничивается во избежание разрывов при штамповке.
Для глубокой, сложной и особосложной вытяжки используют малопрочные, высокопластичные стали 05; 08; 10 всех видов раскисления. Их поставляют в виде холоднокатанного листа, подвергнутого рекристаллизационному отжигу при температуре 650 – 690°С.
Кипящая сталь из-за повышенной газонасыщенности склонна к деформационному старению. В связи с этим для холодной штамповки используют сталь, микролегированную ванадием или алюминием.
Свариваемость – способность получения сварного соединения, равнопрочного с металлом. Для образования качественного соединения важно предупредить возникновение в сварном шве дефектов: пор, непроваров и, главным образом, трещин. Свариваемость стали тем выше, чем меньше в ней углерода и легирующих элементов. Углерод расширяет интервал кристаллизации и увеличивает склонность к образованию горячих трещин, которая тем больше, чем дольше металл шва находится в жидком состоянии. Причина холодных трещин – внутренние напряжения, возникающие при структурных превращениях, особенно в результате местной закалки. Сварка высокохромистых и хромоникелевых сталей в связи с неизбежными фазовыми превращениями в металле требует снижения скорости охлаждения, применения защитных атмосфер и последующей термообработки.
Лабораторная работа 5
Микроанализ сталей.
Лабораторная работа 6
Микроанализ из цветных сплавов.
Тема 2.3 Износостойкие материалы
Студент должен:
знать:
- классификацию видов изнашивания материалов;
- материалы, устойчивые к абразивному изнашиванию: свойства, классификация, маркировка и область применения;
- материалы, устойчивые к усталостному виду изнашивания;
- антифрикционные материалы: их классификацию, свойства, применение;
уметь:
- выбирать износостойкие материалы для машин и механизмов.
Материалы с высокой твёрдостью поверхности. Антифрикционные материалы: металлические и неметаллические, комбинированные, минералы.
Методические указания
При изучении данной темы, необходимо знать, что работоспособность материалов в условиях трения зависит от трех групп факторов: внутренних, определяемых свойствами материалов; внешних, характеризующих вид трения (скольжение или качение) и режим работы (скорость относительного перемещения, нагрузка, характер ее приложения, температура); рабочей среды и смазывающего материала. Детали, подвергающиеся изнашиванию подразделяются на две группы: детали, образующие пары трения (подшипники скольжения и качения, зубчатые передачи и т. д.); детали, изнашивание которых вызывает среда ( жидкость, газ, и т. д. ). По способу воздействия при изнашивании виды изнашивания классифицируют: 1) механический способ (абразивное, адгезионное, эрозионное, кавитационное, усталостное изнашивание, фреттинг-процесс). 2) коррозионно-механический (окислительное изнашивание и фреттинг-коррозия). Необходимо помнить, что существуют два основных пути повышения износостойкости материала: 1) увеличение твердости трущейся поверхности 2) снижение прочности адгезионной связи.
Лабораторная работа 7
Микроанализ антифрикционных сплавов.
Тема 2.4 Материалы с высокими упругими свойствами
Студент должен:
знать:
- материалы с высокими упругими свойствами: классификацию, состав, особенности термической обработки, свойства;
уметь:
- подбирать материалы с высокими упругими характеристиками (в соответствии с поставленной задачей).
Рессорно-пружинные стали. Пружинные материалы приборостроения.
Методические указания
При рассмотрении данной темы , необходимо обратить внимание на то, что работа рессор , амортизаторов, силовых пружин, мембран, сильфонов, подвесок, и т. п. Состоит в том , что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. Поэтому в условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, а при длительном статическом или циклическом нагружении – релаксационной стойкостью. Для достижения в сплаве высокого предела упругости и релаксационной стойкости необходимо создать стабильную дислокационную структуру в которой прочно заблокированы не большинство. Для закрепления дислокаций используют все средства создания эффективных барьеров: легирование, повышение плотности дислокации, выделение дисперсных частиц вторичных фаз.
Тема 2.5 Материалы с малой плотностью
Студент должен:
знать:
- сплавы на основе алюминия: свойства, классификацию, маркировку, применение;
- сплавы на основе магния: свойств, классификацию, маркировку, применение;
уметь:
- выбирать сплавы в зависимости от поставленной задачи;
- подбирать режим сплава в зависимости от требуемого комплекса свойств.
Сплавы на основе алюминия: свойства алюминия; общая характеристика и классификация алюминиевых сплавов. Сплавы на основе магния: свойства магния: общая характеристика и классификация магниевых сплавов. Особенности алюминиевых и магниевых сплавов.