Контрольная работа по «Материаловедению»

    Борирование – заключается в насыщении поверхностного слоя изделий из низко- и среднеуглеродистых сталей 20,40,40Х,30ХГС бором при нагревании в боросодержащей среде. Борирование также проводят при электролизе расплавленных солей. Борирование применяют для повышения твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости и окалиностойкости тяжело нагруженных деталей. Процесс проводится при температурах 850-950С в течении 2-6 ч. Поверхностный слой состоит из боридов железа, толщина слоя 0,1-0,2 мм, твёрдость его 1800-2000.

     Силицирование-термодиффузионное насыщение  поверхности изделия  кремнием  с целью повышения коррозионной  стойкости, жаростойкости, износостойкости и кислотостойкости материалов в агресивных жидких и газовых средах. Толщина слоя составляет 0,3-1 мм. Применяют для гнёзд клапанов, вкладышей подшипников, роторов водяных насосов, рубашек цилиндров и др.

     Оцинкование наиболее широко  используется в технике. Цинковые покрытия хорошо защищают железо и его сплавы от коррозии на воздухе и в воде. Толщина цинкового покрытия 6-36мкм зависит от условий эксплуатации изделий. Применяются оцинкованные листы и полосы в жилищном строительстве.

7.Сталь 45 подвергалась отжигу при температурах 830 и 1000С. Превращения происходящие при данном режиме отжига, какие образуются структуры, объяснить причины получения различных структур и свойств.

     Отжиг – заключается в нагреве стали выше критических температур, выдержки при данной температуре и медленном охлаждении. При отжиге снимается твёрдость, повышается пластичность и вязкость за счёт получения равновесной мелкозернистой структуры. Это позволяет улучшить обрабатываемость заготовок давлением и резанием, исправит структуру сварных швов, перегретой при обработке давлением и литьё стали. Полный отжиг применяют для доэвтектоидных сталей с содержанием углерода до 0,8 %( в нашем случае содержание углерода 0,35-0,4%), для исправления структуры. При полном отжиге нагрев производится на 30-50С выше критических температур Ас3. С последующим медленным охлаждением: Т нагр = Ас3+(30-50)С. При такой температуре нагрева аустенит получается мелкозернистым, и после охлаждения сталь имеет мелкозернистую структуру пластинчатого перлита. Сталь 45 после отжига имеет структуру перлита и феррита. Твердость HB стали 45 после полного отжига не более 1970 МПа.

Чрезмерное  повышение температуры нагрева  выше точки А3 (к примеру, до 1000єС для стали 45), вызывает рост зерна  аустенита, что ухудшает свойства стали. Перегретая Сталь характеризуется хрупким изломом.

Оптимальная температура отжига для стали 45 составляет 810-830єС.

8. Алюминий и его сплавы. Разница между деформируемыми и литейными сплавами.

     Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его  основе. Нумерация серий сплавов  в данной статье приведена для  США (стандарт маркировки компании Alcoa)

  Алюминиевый  прокат

Алюминиево-магниевые Al-Mg (серия 5ххх). Сплавы системы Al-Mg характеризуются  сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, очень хорошей  свариваемости и коррозионной стойкости. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью.

В сплавах  этой системы, содержащих до 6 % Mg, образуется эвтектическая система соединения Al3Mg2 c твердым раствором на основе алюминия. Наиболее широкое распространение  в промышленности получили сплавы с  содержанием магния от 1 до 5 %.

Рост содержания Mg в сплаве существенно увеличивает  его прочность. Каждый процент магния повышает предел прочности сплава на 30 МПа, а предел текучести — на 20 МПа. При этом относительное удлинение  уменьшается незначительно и  находится в пределах 30…35 %.

Сплавы с содержанием  магния до 3 % (по массе) структурно стабильны  при комнатной и повышенной температуре  даже в значительно нагартованном  состоянии. С ростом концентрации магния в нагартованном состоянии структура  сплава становится нестабильной. Кроме того, увеличение содержания магния свыше 6 % приводит к ухудшению коррозионной стойкости сплава.

Для улучшения  прочностных характеристик сплавы системы Al-Mg легируют хромом, марганцем, титаном, кремнием или ванадием. Попадания  в сплавы этой системы меди и железа стараются избегать, поскольку они снижают их коррозионную стойкость и свариваемость.

Алюминиево-марганцевые Al-Mn (серия 3ххх). Сплавы этой системы  обладают хорошей прочностью, пластичностью  и технологичностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Основными примесями  в сплавах системы Al-Mn являются железо и кремний. Оба этих элемента уменьшают  растворимость марганца в алюминии. Для получения мелкозернистой структуры  сплавы этой системы легируют титаном.

Присутствие достаточного количества марганца обеспечивает стабильность структуры нагартованного металла при комнатной и повышенной температурах.

Алюминиево-медные Al-Cu (Al-Cu-Mg) (серия 2ххх). Механические свойства сплавов этой системы в термоупрочненном состоянии достигают, а иногда и превышают, механические свойства низкоуглеродистых сталей. Эти сплавы высокотехнологичны. Однако у них есть и существенный недостаток — низкое сопротивление коррозии, что приводит к необходимости использовать защитные покрытия.

В качестве легирующих добавок могут встречаться марганец, кремний, железо и магний. Причем наиболее сильное влияние на свойства сплава оказывает последний: легирование магнием заметно повышает предел прочности и текучести. Добавка кремния в сплав повышает его способность к искусственному старению. Легирование железом и никелем повышает жаропрочность сплавов второй серии.

Нагартовка  этих сплавов после закалки ускоряет искусственное старение, а также  повышает прочность и сопротивление  коррозии под напряжением.

Сплавы системы Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) (серия 7ххх). Сплавы этой системы ценятся за очень высокую прочность и хорошую технологичность. Представитель системы — сплав 7075 является самым прочным из всех алюминиевых сплавов. Эффект столь высокого упрочнения достигается благодаря высокой растворимости цинка (70 %) и магния (17,4 %) при повышенных температурах, резко уменьшающейся при охлаждении.

Однако существенным недостатком этих сплавов является крайне низкая коррозионная стойкость  под напряжением. Повысить сопротивление коррозии сплавов под напряжением можно легированием медью.

Нельзя не отметить открытой в 60-е годы закономерности: присутствие лития в сплавах  замедляет естественное и ускоряет искусственное старение. Помимо этого, присутствие лития уменьшает  удельный вес сплава и существенно повышает его модуль упругости. В результате этого открытия были разработаны новые системы сплавов Al-Mg-Li, Al-Cu-Li и Al-Mg-Cu-Li.

Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.

Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль.

Алюминий переходит  в сверхпроводящее состояние  при температуре 1,2 кельвина.

По способу  обработки различают деформируемые  и литейные сплавы алюминия. Первые подвергают горячей и холодной обработке давлением-прокатке, прессованию, ковке или штамповке, волочению. Из них получают плиты, листы, профили, прутки, поковки, проволоку. Из литейных сплавов алюминия методами литья в земляные, корковые или металлические (кокильные) формы, а также литья под давлением изготавливают фасонные отливки. Литейные алюминиевые сплавы должны иметь хорошую жидкотекучесть, малую усадку, низкую склонность к образованию горячих трещин и пористости, а также высокие механические и коррозионные свойства. Отличаются содержанием сплава. Деформируемые сплавы. Эти сплавы алюминия могут быть подвергнуты упрочнению закалкой с послед. старением - естественным (при комнатной температуре) или искусственным (при повышенной температуре). В результате закалки образуется пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии. из которого при старении выделяется избыток растворенных элементов в виде зон, метастабильных фаз и стабильных интерметаллидов. Некоторые сплавы алюминия, в частности содержащие хром, марганец, цирконий и железо, способны закаливаться из жидкого состояния; при этом концентрация элементов в пересыщенном твердом растворе может существенно превосходить максимальную равновесную для твердого состояния.

Дополнительное упрочнение деформируемых сплавов алюминия достигается применением нагартовки-холодной прокатки или растяжения полуфабрикатов. Эта операция используется для улучшения механических свойств термически неупрочняемых сплавов, при этом повышаются прочностные св-ва и особенно предел текучести, а пластичность снижается. Для термически упрочняемых сплавов алюминия нагартовка производится после закалки перед старением либо после старения; в результате повышаются прочностные свойства при сохранении прежней вязкости разрушения. Полуфабрикаты из деформируемых сплавов алюминия изготавливают из слитков, получаемых методом непрерывной отливки с непосредственным охлаждением водой. По свойствам различают три группы литейных сплавов: высокопрочные и средней прочности; жаропрочные (для работы до 200-400°С); коррозионностойкие (для работы в морской воде). Сплавы высокопрочные и средней прочности малопроницаемы для газов и жидкостей (могут выдерживать без утечки жидкости давление до 15-25 МПа); из них изготавливают отливки практически любых конфигураций и размеров всеми существующими методами литья. Для измельчения структуры и улучшения свойств силуминов в их расплав перед разливкой вводят небольшие кол-ва Na (в виде солей). Возникающая при этом пористость подавляется кристаллизацией под давлением в автоклавах.

Наибольшей жаропрочностью среди литейных сплавов обладают Al-Cu-Mg-Ni и Al-Cu-Ni-Mn; из них изготавливают литые поршни.