Задачи по цветным металлам
Обновлено: 07.05.2024
ны, возникающие без приложения внешних нагрузок (так называемое «сезонное растрескивание»). На рис. 1 показана деталь после глубокой вытяжки и после растрескивания при вылеживании.
. Растрескивание латунной детали после глубокой вытяжки и вылеживания
Объяснить сущность этого явления и указать способы его предубеждения.
Подобрать марку латуни, не подверженной сезонному растрескиванию. Кроме того, описать структуру, технологические свойства α и α + β'-латуней.
Решение задачи № 10
Латуни в зависимости от содержания цинка и структуры можно разделить на три класса:
1. α-латуни . До 39,5% Zn
2. α + β'-латуни . От 39,5 до 45,7% Zn
3. β'-латуни . От 45,7 до 51% Zn
Увеличение содержания цинка изменяет структуру и свойства латуни (рис. 2).
Увеличение содержания цинка до определенного предела повышает пластичность и прочность. Пластичность достигает максимальных значений при 30—32% Zn, а прочность — при 40%. При дальнейшем увеличении содержания цинка прочность и пластичность снижаются.
Это изменение свойств определяется свойствами соответствующих фаз, образующихся при введении цинка.
α-фаза представляет твердый раствор типа замещения, пластичность и прочность которой возрастают по мере увеличения содержания цинка.
β'-фаза — твердый раствор на базе электронного соединения с
центрированной кубической решеткой и упорядоченным расположением атомов. Эта фаза отличается повышенной хрупкостью и твердостью; поэтому образование β-фазы снижает вязкость и повышает твердость.
Рис. 2. Механические свойства латуни в зависимости от содержания цинка:
а - литая латунь; б — катаная и отожженная латунь
При нагреве выше 450° С β'-фаза превращается в неупорядоченный твердый раствор β, отличающийся большей пластичностью, чем β'-фаза. Из диаграммы состояния видно, что α + β'-латуни приобретают при таком нагреве однородную структуру β-твердого раствора, а следовательно, и большую пластичность.
Эти свойства фаз определяют технологический прогресс изготовления изделий из различных сортов латуни, а также их назначение.
Изделия из α-латуни изготавливают главным образом холодной или горячей деформацией; обработка резанием не дает достаточно чистой поверхности. Изделия из α + β'-латуни изготавливают горячей (прессование, штамповка) или холодной деформацией (но без вытяжки) или обработкой резанием.
В результате последующего отжига прочность сплава понижается, но пластичность возрастает (рис. 3).
Холодная деформация латуни создает в изделии остаточные напряжения. Они возникают и в результате местной холодной деформации (при изгибе деталей, чеканке, развальцовке и т. п.).
Рис. 3. Механические свойства латуни Л68 в зависимости:
а - от степени деформации; б - от температуры отжига
При вылеживании или эксплуатации в латунных изделиях иногда возникают трещины. «Сезонное растрескивание» наблюдается главные образом в латунях с содержанием более 20% Zn и отчетливо обнаруживается, например, в полых изделиях, прутках и т. д. Сезонное растрескивание усиливается в химически активных средах, особенно в парах аммиака, ртутных солях, ртути, мыльной воде и т. д. Образование трещин является результатом совместного действия остаточных напряжений, созданных холодной деформацией (наиболее опасны растягивающие напряжения), и химически активных сред.
Для предохранения от сезонного растрескивания нужен отпуск с нагревом до 200—300° С; это снимает большую часть остаточных напряжений и незначительно снижает прочность.
Но в условиях изготовления и монтажа конструкций с применением развальцовки, гибки и т. д. не всегда возможно избежать возникновения местных, даже незначительных деформаций, а, следовательно, и сезонного растрескивания. В таких случаях применяют более дорогие (и имеющие меньшую прочность), но не склонные к сезонному растрескиванию латуни Л96 и Л90. Латуни Л96 и Л90 обладают высокой теплопроводностью.
Латуни можно заменить алюминиевой бронзой, не склонной к сезонному растрескиванию и обладающей аналогичными значениями прочности и пластичности.
№ 11. Гребные винты морских пароходов имеют сложную форму и очень массивны, например масса винта современного крупного океанского теплохода достигает 30—50 т.
Наметить схему технологии изготовления винта, учитывая его форму. Исходя из этой схемы и условий работы винта в морской воде, подобрать состав сплава и указать его структуру и механические свойства.
№ 12. Некоторые детали арматуры турбин, котлов гидронасосов и т. п., работающие во влажной атмосфере и изготавливаемые массовыми партиями литьем, имеют сложную форму. В процессе литья должна быть обеспечена максимальная точность размеров.
Указать состав применяемого для этой цели цветного сплава, его структуру и механические свойства; привести способ литья, позволяющий создать требуемую высокую точность с минимальной последующей механической обработкой.
Привести химический состав стали для форм, применяемых для литья выбранного сплава, и указать режим термической обработки, а также структуру стали в готовом изделии.
№ 13. Многие детали приборов и оборудования, подверженные действию морской воды, изготавливают из цветного сплава путем холодной деформации в несколько операций.
Подобрать сплав, стойкий против действия морской воды, и привести его химический состав.
Указать режим промежуточной термической обработки выбранного сплава и привести его механические свойства после деформации и термической обработки. Сравнить состав стали, стойкой против действия морской воды;
привести режим ее термической обработки, механические свойства и структуру.
№ 14. Трубки в паросиловых установках должны быть стойки против коррозии.
Подобрать марку сплава на медной основе, пригодного для изготовления трубок и не содержащего дорогих элементов; привести состав выбранного сплава.
Указать способ изготовления трубок и сравнить механические свойства выбранного сплава, получаемые после окончательной обработки, с механическими свойствами стали, стойкой против коррозии в тех же средах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1975. - 447с., ил.
2. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1968. - 568 с., ил.
3. Гуляев А. П. Металловедение. М.: Металлургия, 1966.- 480 с., ил.
4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1973. - 511 с., ил.
5. Материалы в машиностроении. Т. 1—5. М.: Машиностроение, 1969—1970.
6. Металловедение и термическая обработка. Справочник. Т. 1—2. М.: Металлургиздат, 1961—1962.
7. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. – М.: Металлургия, 1982. – 584 с., ил.
8. Рахштадт А. Г. Пружинные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1971. - 496 с., ил.
9. Справочник металлиста. Т.3. – М.: Машгиз, 1959.
10. Технология металлов и конструкционные материалы/ Под ред. Б.А. Кузьмина. - М.: Машиностроение, 1989. – 496 с., ил.
11. Технология конструкционных материалов/ Под ред. А.М. Дальского.- М.: Машиностроение, 1985. – 448с., ил.
12. Филинов С.А., Фиргер И.В. Справочник термиста. – Л.: Машиностроение, 1969. -320 с., ил.
13. Химушин Ф. Ф. Нержавеющие стали. Изд. 2-е. М.: Металлургия, 1967. - 798 с., ил.
14. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. Изд. 2-е. М.: Металлургия, 1969. - 749 с., ил.
15. Хуго И. и др. Конструкционные пластмассы. Свойства и применение. – М.: Машиностроение, 1970. – 336 с., ил.
16. Шмыков А. А. Справочник термиста. Изд. 4-е. М.: Машиностроение, 1961.- 392 с., ил.
Содержание
Введение………………………………………………………………. |
1. Классификация материалов……………………………………….. |
2. Сырье для производства конструкционных материалов………. |
2.1 Материалы для производства металлов и сплавов………. |
2.2.Материалы для производства пластмасс ………………. |
2.3.Материалы для производства резиновых изделий……… |
2.4. Материалы для производства клеев и герметиков……… |
2.5. Материалы для производства керамики, стекла и графита……………………………. …………………………………. |
3. Кристаллическое строение металлов и сплавов…………………. |
3.1. Дефекты кристаллической решетки……………………… |
4.Кристаллизация…………………………………………………….. |
5. Полиморфные превращения………………………………………. |
6. Основные свойства металлов и сплавов…………………………. |
6.1. Напряжение и деформация |
6.1.1. Напряжение. Тензор напряжений…………………. |
6.1.2. Деформации. Тензор деформаций………………….. |
6.1.3. Схемы напряженного и деформированного состояния при механических испытаниях различных видов…. |
6.1.4. Упругая и пластическая деформация………………. |
6.1.5. Механизм пластической деформации……………… |
6.2. Классификация механических испытаний………………. |
6.3. Условия подобия механических испытаний…………….. |
6.4. Статистическая обработка результатов механических испытаний……………………………………………………… |
6.5. Разрушение………………………………………………… |
6.6. Наклеп……………………………………………………… |
6.7. Влияние нагрева на строение и свойства деформированного металла (рекристаллизационные процессы)……. |
7. Теория сплавов…………………………………………………… |
7.1. Механическая смесь………………………………………. |
7.2. Химическое соединение………………………………….. |
7.2.1.Фазы внедрения………………………………………. |
7.2.2. Электронные соединения (фазы Юм-Розери)……… |
7.2.3.Фазы Лавеса………………………………………….. |
7.3. Твердые растворы………………………………………… |
8. Диаграммы состояния…………………………………………… |
8.1. Общие сведения о построении диаграмм состояния…… |
8.2. Типы диаграмм состояния……………………………….. |
8.2.1. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (I рода)…… |
8.2.2. Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (II рода)…….. |
8.2.3. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (III рода)…………. |
8.2.4. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения (IV рода)…………………………. |
8.2.5. Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения………………………………. |
8.3. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния……………………………………………………….. |
9. Железо и его сплавы…………………………………………….. |
9.1. Диаграмма железо-углерод ……………………………… |
9.1.1. Компоненты и фазы в системе железо - углерод … |
9.2. Стали………………………………………………………. |
9.2.1. Влияние постоянных примесей на свойства стали.. |
9.2.2. Маркировка углеродистых сталей общего назначения…………………………………………………………… |
9.2.3. Классификация и маркировка легированных сталей |
9.3. Чугун……………………………………………………….. |
9.3.1. Марки чугунов ………………………………………. |
10. Общие положения термической обработки…………………….. |
10. 1. Температура и время термической обработки………… |
10.2. Классификация видов термической обработки………… |
10.3. Основные виды термической обработки стали………. |
10.4. Четыре основных превращения в стали………………. |
10.5. Образование аустенита………………………………….. |
10.6. Рост аустенитного зерна…………………………………. |
10.7. Распад аустенита…………………………………………. |
10.8. Мартенситное превращение…………………………….. |
10.9. Бейнитное превращение…………………………………. |
10.10. Превращения при отпуске……………………………… |
10.11. Влияние термической обработки на свойства стали…. |
11. Химико-термическая обработка…………………………………. |
11.1.Цементация……………………………………………….. |
11.2. Азотирование…………………………………………….. |
11.3. Цианирование……………………………………………. |
11.4. Диффузионная металлизация…………………………… |
12. Термомеханическая обработка…………………………………… |
13. Цветные металлы и сплавы………………………………………. |
13.1. Медь и ее сплавы………………………………………… |
13.2. Алюминий и его сплавы………………………………… |
13.3. Титан и его сплавы………………………………………. |
13.4. Антифрикционные сплавы……………………………… |
14. Неметаллические материалы…………………………………….. |
14.1. Понятие о неметаллических материалах и классификация полимеров…………………………………………………. |
14.2. Особенности свойств полимерных материалов……….. |
14.3. Пластические массы…………………………………….. |
14.4. Неорганические материалы…………………………….. |
14.5. Древесные материалы…………………………………… |
Приложение 1. Задачи по диаграммам состояния двойных сплавов……………………………………………………………………… |
Приложение 2. Задачи по разбору микроструктур сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов методами микроанализа……………. |
Приложение 3. Задачи по выбору сплавов и режимов термической обработки в зависимости от условий работы деталей и конструкций……………………………………………………………………… |
Литература……………………………………………………………. |
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
ЗАДАЧИ ПО цветным металлам И СПЛАВАМ
Рис. 1. Растрескивание латунной детали после глубокой вытяжки и вылеживания
№1. На рис. 17 показана микроструктура двух широко применяемых латуней с разным содержанием цинка.
Рассмотрев диаграмму (рис.57), описать приведенные микроструктуры, и указать их фазовый состав.
Исходя из общих закономерностей влияния фазового состава и структуры на свойства, указать, в чем заключается различие механических свойств латуней, показанных на рис.17.
№2. Латуни с 1-3% Al имеют по сравнению с простыми латунями повышенную прочность и большую устойчивость против коррозии. Рис. 17. Микроструктура латуней с различным содержанием цинка после обработки давлением и отжига, ×200
Введение в эту латунь, кроме того, 1% Fe дополнительно повышает прочность.
На рис.18,а показана микроструктура латуни с 70% Cu и 2% Al (остальное цинк), а на рис.18, б – такая же латунь, содержащая, кроме того, 1% Fe (структуры приведены в состоянии после деформации и рекристаллизации).
Рис. 18. Микроструктура латуни с 70% Zn и 2% Al, ×100: а – без добавки железа, б – с добавкой 1% железа
Объяснить, какие изменения в структуре латуни вызывает добавление железа, и почему эти изменения повышают прочность.
№3. На рис.19 показана микроструктура меди, содержащей небольшую примесь висмута.
Рис. 19. Микроструктура литой меди, содержащей небольшое количество висмута, ×130
Указать структурную форму выделений, наблюдаемых на микрофотографии.
Характеризовать влияние висмута, учитывая его механические свойства. Указать, какие пределы содержания висмута установлены ГОСТ для наиболее чистых сортов меди.
№4. На рис.20 показана микроструктура алюминиевой бронзы с 10,2% Al после прессования, и после прессования и термической обработки.
Рис. 20. Микроструктура алюминиевой бронзы с 10,2% Al после прессования и после прессования и термической обработки: а – после прессования, ×150, б – после закалки, ×150, в – после отпуска, ×520
Описать приведенные структуры и механизм превращения в бронзе с 10,2% Al при ее закалке. Описать процессы, происходящие в закаленной алюминиевой бронзе при отпуске до 500 0 С. Указать, как изменятся свойства алюминиевой бронзы при закалке и отпуске.
№5. Химический состав алюминиевых сплавов выбирают в зависимости от способа изготовления деталей (обработка давлением или литье).
Рис. 21. Микроструктуры алюминиевых сплавов, широко используемых в технике, один - литой, другой - деформированный: а – ×500, б – ×200
Описать показанные на рис.21 структуры алюминиевых сплавов, широко используемых в технике, и указать, какой из этих сплавов деформированный и какой литой.
№6. Для повышения механических свойств литых алюминиевых сплавов (силуминов), применяемых в виде отливок, проводят специальную обработку жидкого металла. На рис. 22 показана микроструктура силумина, содержащего 12% Si, выплавлявшегося без упомянутой обработки (ри.22, а) и с обработкой (рис.22, б).
Описать различие в структуре и способе обработки жидкого металла и объяснить, как изменяются при этом свойства силумина.
№7. На рис. 23 показана микроструктура оловянистого подшипникового сплава (баббита) с 11% Sb и 6% Cu; образцы отлиты в различных условиях охлаждения.
Рис. 22. Силумин, ×200: а – после литья без применения специальных добавок в жидкий металл, б – после литья с применением специальных добавок
Рис. 23. Микроструктура оловянистого баббита; условия отливки образцов а и б были различными, ×130
В чем заключается различие в микроструктуре на приведенных фотографиях, и в каком случае охлаждение происходило с большей скоростью?
№2. Латуни с 1-3% Al имеют по сравнению с простыми латунями повышенную прочность и большую устойчивость против коррозии. Рис. 17. Микроструктура латуней с различным содержанием цинка после обработки давлением и отжига, Х200
Рис. 18. Микроструктура латуни с 70% Zn и 2% Al, Х100: а – без добавки железа, б – с добавкой 1% железа
Рис. 19. Микроструктура литой меди, содержащей небольшое количество висмута, Х130
Рис. 20. Микроструктура алюминиевой бронзы с 10,2% Al после прессования и после прессования и термической обработки: а – после прессования, Х150, б – после закалки, Х150, в – после отпуска, Х520
Описать приведенные структуры и механизм превращения в бронзе с 10,2% Al при ее закалке. Описать процессы, происходящие в
закаленной алюминиевой бронзе при отпуске до 500 0 С. Указать, как изменятся свойства алюминиевой бронзы при закалке и отпуске.
Рис. 21. Микроструктуры алюминиевых сплавов, широко используемых в технике, один - литой, другой - деформированный: а – Х500, б – Х200
Рис. 22. Силумин, Х200: а – после литья без применения специальных добавок в жидкий металл, б – после литья с применением специальных добавок
Рис. 23. Микроструктура оловянистого баббита; условия отливки образцов а и б были различными, Х130
Читайте также: