Лекции по "Материаловедению"

6. Инструментальные качественные  углероды

Маркируются углеродистые инструментальные стали по ГОСТ1435-74: У7, У8, У10, У11, У12, У13, У14. Цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента: У7 - 0,7 % С; У11 - 1,1%С. Стали могут быть качественные и высококачественные.

Содержание вредных примесей:

Буква А в конце  марки, указывает, что сталь высококачественная:

Обозначение высококачественных углеродистых инструментальных сталей: У7А, У8А, …, У13А.

Эти стали не обладают теплостойкостью, рабочая температура  не более 190-2000С (при нагреве выше происходит резкое снижение твердости режущей кромки) с HRC62-63 до HRC15-18 (НВ 170-180).

Области применения инструментальных сталей:

У7, У7А - зубила, молотки, плоскогубцы, кусачки, пневмоинструмент.

У8, У8А - фрезы, ножи, зенковки, штампы, матрицы, пуансоны, ножницы, деревообрабатывающий инструмент.

У9, У9А, У10, У10А - сверла, метчики, развертки, плашки, матрицы для холодной штамповки.

У11, У11А, У12, У12А, У13, У13А - резцы, напильники, сверла, измерительный  инструмент, ножовочные полотна (легированные ~ в 6-ть раз дороже углеродистых).

Используют после термической  обработки.

22. Классификация  и маркировка легированных конструкционных  и инструментальных сталей. Область  их применения.

Легированными называются стали, в составе которых есть легирующие компоненты. Данные компоненты оказывают влияние на структуру и свойства стали. Производство легированных сталей занимает значительную долю среди общего объема выплавляемых сталей. А именно четвертую часть. При этом особое значение придается рациональному выбору легирующих компонентов.

Легированная сталь  прежде всего определяется легирующими  элементами. Поэтому легированную сталь  делят на кремнистую, кремнемарганцевую, хромомарганцевую. Это отражается и  в маркировке сталей. Сталь, легированная Бором обозначается буквой «Р», сталь, легированная хромом – «Х», марганцем – «Г», кремнием – «С».

В зависимости от сферы  назначения, легированные стали могут  быть конструкционными, инструментальными  и сталями с особыми свойствами. К сталям с особыми свойствами относят нержавеющие, жаростойкие и износостойкие стали.

Легирующие элементы оказывают огромное влияние на качество стали. Как и почему это происходит? Во время процесса легирования присадки начинают взаимодействовать с углеродом  и железом. При этом, легирующие элементы образуют фазы, выражающиеся в комбинации двух или более металлов. Существуют такие понятия, как легированный феррит (твердый раствор), легированный аустенит (твердый раствор легирующего элемента в гамма-железе) и легированный цементит (твердый раствор легирующего элемента в цементите).

К аустенитам относят  такие химические легирующие компоненты, как никель, медь, кобальт, марганец, углерод, азот. К ферритам относятся  молибден, вольфрам, ванадий, хром, титан, алюминий и т.д.

Концентрация легирующих компонентов в стали может варьироваться. В случае, если она составляет менее 0,1%, такая сталь называется низколегированной. Выделяют, так же, высоколегированные и среднелегированные стали.

Легированные стали  используются, в основном, для ответственных сооружений различного назначения. Например, для изготовления деталей машин, подвергающихся большой нагрузке, для изготовления оборудования, сложных конструкций. Строительство – основная область применения легированных сталей.

23. Медь и  ее сплавы: определение, назначение, маркировка.

Медь среди всех цветных  металлов медь наиболее рано нашла  широкое применение. Ее сплавы, называемые бронзами, были известны человечеству с доисторических времен, когда они  были единственным металлом, из которого изготовлялись оружие и орудия труда (бронзовый век). По внешнему виду медь легко отличить от всех остальных металлов, так как она имеет специфический красновато-розовый цвет.

Медь химически мало активна. В разбавленных соляной  и серной кислотах растворяется только в присутствии окислителя (например, кислорода).Легко растворяется в азотной кислоте. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и в парах воды.Относительная плотность меди 8.95. Температура плавления 1083C.

 Обладает высокой  теплопроводностью. По электропроводности занимает первое место среди других технических металлов. Незначительно выше она только у серебра, но оно существенно дороже меди. Чем медь чище, тем выше электропроводность.

Медь - пластичный металл с невысокой прочностью. Ее механические свойства в сильной мере зависят от состояния поставки. У нагартованной (упрочненной холодной пластической деформацией) меди электропроводность ниже. Снять наклеп можно с помощью рекристаллизационного отжига. Медь кристаллизуется в кубическую гранецентрированную решетку с параметром 3,6 А. Аллотропических превращений не имеет.

Готовую черновую конверторную медь разливают в металлические  формы (изложницы) и получают слитки. Эта медь еще непригодна для технических  целей, ее необходимо подвергнуть огневому или электролитическому рафинированию.При огневом методе через черновую медь в пламенных отражаельных печах под давлением продувают воздух, кислород которого выжигает примеси. Этот метод применяют для получения меди не особенно высокой чистоты и в тех случаях, когда медные руды, из которых приготовлена черновая медь, содержит ничтожно малое количество благородных металлов или не содержат их совсем. При этом способе они не извлекаются, а полностью остаются в получающейся огневой меди.

 В настоящее время в большинстве случаев применяют электролитическое рафинирование, обеспечивающее более полную очистку меди от примесей. Используют также последовательное комбинирование более дешевого огневого способа с электролитическим.

 Электролитную катодную медь для переплавки в проволоку, листы и другие изделия переплавляют в плавильных печах и разливают в слитки различной удобной для прокатки формы. Если медь предназначена для изготовления медных сплавов, то катодные листы режут на части и переплавляют с необходимым для этой цели добавлением легирующих элементов.

 Десять марок меди 

Марка меди................... М00 М0 М0б М1 М1р 

Содержание меди, % не менее.. 99,99 99,95 99,97 99,90 99,90

Марка меди................... М2 М2р М3 М3р М4

Содержание меди, % не менее.. 99,70 99,70 99,50 99,50 99,0

Медь марок М1р, М2р  и М3р при суммарном содержании примесей, одинаковом с медью марок  М1, М2 и М3, отличается от них тем, что они более полно раскислены - содержание кислорода в них снижено  до 0,01 % вместо 0,05-0,08 %. Кроме того, в них дополнительно содержится до 0,04 % фосфора.

 Марка М0б кислорода  не содержит, тогда как в марке  М0 он быть в количестве до 0,02 %.

 Примесями в меди  являются висмут, сурьма, мышьяк, железо, фосфор и серебро. Влияние различных  примесей на свойства меди неодинаково, поэтому в контрактах описывается не только суммарное содержание примесей, но приведены также предельно допустимые количества каждой из них.

 Наиболее вредны  в меди висмут и свинец. Они  образуют легкоплавкие эвтектики,  располагающиеся по границам зерна. При нагреве под обработку давлением эвтектики расплавляются и делают материал хрупким, неспособным воспринимать пластическую деформацию («красноломким»).

 По этой причине  примесь висмута и свинца допускаются  в количестве тысячных и даже десятитысячных долей процента.

 Технически чистую  медь поставляют или в виде  катодных листов, или в виде  полуфабрикатов-слитков, предназначенных  для дальнейшего передела прокаткой.  Поставляют также и готовые  медные изделия, полученные литьем (отливки разной формы и назначения) и обработкой давлением - проволоку, листы, ленты, полосы и др.

 Наибольшее распространение  получили медные сплавы двух  типов латунь и бронза.

24 Аллюминий  и его сплавы: определение, назначение, маркировка.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Кристаллизуется в решетке ГЦК с периодом a  = 0,4041 нм (при 20 ° С) и полиморфных превращений не испытывает. Алюминий обладает малой плотностью (2700 кг/м3), низкой температурой плавления (660 ° С), а также высокой электро- и теплопроводностью. Для алюминия характерна высокая пластичность и малая прочность

Алюминиевые сплавы маркируют  буквенно-цифровой или цифровой маркировкой.

Буквы означают соответствующую  группу, а цифры указывают номер  сплава или содержание основного  легирующего элемента в процентах.

Сочетание букв АМг или  АМц означает сплав А1 с Mg или Мn, соответственно. У сплавов Al - Mg цифра  характеризует среднее содержание Mg (в %). Так, сплавы АМгЗ, АМг5 и АМг6 содержат соответственно 3; 5 и 6% Mg.

Высокопрочные сплавы (В) системы А1 - Zn - Mg - Си имеют первую цифру 9; вторая цифра указывает номер сплава (например, В93, В94, В95).

АД-означает А1 деформируемый.

Д - означает сплав типа дуралюмин - системы А1 - Си - Mg.

АК - означает группу алюминиевых  ковочных сплавов. Цифры показывают номер сплава; дополнительная цифра 1 указывает модификацию сплава (например, АК4 и АК4-1).

Состояние при поставке сплавов, не упрочняемых термообработкой, обозначают буквами, следующими после  маркировки: А - сплав повышенного  качества; М - мягкий, отожженный; П - полунагартованный; Н - нагартованный.

Состояние при поставке сплавов, упрочняемых термообработкой, имеет буквенно-цифровую индексацию, следующую после маркировки: М - мягкий, отожженный; Т - термически обработанный, закаленный и естественно состаренный; Т1 - термически обработанный, закаленный и искусственно состаренный; Н - нагартованный; H1 - усиленно нагартованный и т. д.

Литейные алюминиевые  стали обозначаются АЛ и цифрой, показывающей условный номер сплава (например, АЛ2, АЛЗ, АЛ4).

Наряду с этим имеется  буквенно-цифровая маркировка технологической  обработки полуфабрикатов и изделий, качественно отражающая механические, химические и другие свойства сплава. Например, обозначения режимов термической  обработки литейных алюминиевых сплавов следующие: Т1 - старение; Т2 - отжиг; Т4 - закалка; Т5 - закалка и частичное старение; Т6 - закалка и полное старение до наибольшей твердости; Т7 - закалка и стабилизирующий отпуск; Т8 - закалка и смягчающий отпуск.

25. Термопластические  и термореактивные полимерные материалы.

Полимерные материалы, используемые для производства органических линз, часто классифицируют в зависимости  от величины показателя преломления (n). Кроме того, полимеры делятся на 2 класса: термореактивные и термопластические материалы.

 К термореактивным  материалам относится большинство  полимеров (CR-39 и полученные на  его основе материалы с более  высокими (n). Термореактивные материалы  отличаются тем, что после отверждения  при полимеризации они уже  не меняют своей формы при нагревании. Термопластические полимеры сохраняют способность размягчаться под действием тепла после формования изделия.

 Типичными представителями  термопластических полимеров являются  плексиглас (оргстекло), полиметилметакрилат  (РММА) и поликарбонат. Из них для изготовления очковых линз используется только поликарбонат, обладающий более высокой ударопрочностью и меньшим удельным весом по сравнению с традиционными термореактивными материалами. Однако поликарбонатные линзы можно обрабатывать только на специальном оборудовании.

 Наиболее распространенный  полимерный материал CR-39 имеет показатель  преломления примерно 1,5. Желание  производителей предложить потребителям  очков эстетичную продукцию и  повышенный комфорт ношения очков  привело к созданию полимеров  с более высокими показателями преломления.

 Так, органические  линзы Teslalid японской компании  Ноуа имеют один из самых  высоких для полимеров показатель  преломления - 1,71. Линзы Teslalid примерно  на  50% тоньше и легче линз  той же оптической силы, изготовленных из обычного CR-39.

Органические линзы  с самым высоким показателем  преломления (1,74) сегодня предлагают компании Essilor (Fusio 1,74), Carl Zeiss, Sola, Seiko. Материал СХР 74 (Clariet 1,74) компании Carl Zeiss имеет  удельный вес 1,47 г/см3 и число Аббе 33. Линзы из такого материала будут очень тонкими и легкими, кроме того, они дают высокое качество изображения.

 В зависимости от  величины показателя преломления  некоторые производители делят  органические линзы на 3 класса: стандартные  (n~1,5), среднепреломляющие (n~ 1,56), высокопреломляющие (n>1,59). Однако появившиеся в последнее время у ряда компаний материалы с очень высоким показателем преломления (1,74) дают основание ввести еще один класс: сверхвысокопреломляющие линзы (n>1,7).

 Широко применяемый в последние годы при изготовлении особо прочных линз поликарбонат имеет достаточно высокий для полимеров показатель преломления (1,59).

 Отличное качество  оптики, очень малый удельный  вес и высокая прочность удачно  сочетаются в последней разработке  компании PPG - самом легком на сегодняшний день полимере TRIVEX (1,1 1 г/см3).

Новый материал BRITE, используемый корейской компанией Handok Optec для  производства своих линз, также имеет  очень хорошее сочетание основных свойств: удельный вес -1,157 г/см3, показатель преломления - 1,56, число Аббе - 42.

 ыВ целом, в настоящее  время ведущие мировые производители  широко используют для изготовления  очковых линз новейшие органические  материалы, обладающие уникальными  свойствами.

26. Модельный  комплект для литья в песчано-глинистые формы.