Ответы по материаловедению

 Все  цементуемые стали делятся на  три группы:

1) Сталь  10, 15, 20 - с неупрочняемой сердцевиной,  применяют при незначительных  нагрузках;

2) Сталь  15Х, 20Х, 15ХР, 20ХН – низколегированные  стали со слабо упрочняемой  сердцевиной;

3) Сталь  20ХГР, 20ХНР, 18ХГТ, 30ХГТ, 18ХНМФ, 25ХГНМАЮ – относительно более высоколегир стали с сердцевиной сильно упрочняемой т/о также называют высокопрочные цементуемые стали. Улучшаемые стали. Содержат 0,3-0,5% С и разное кол-во легир эл-ов: хром, Ni, молибден, вольфрам, марганец, кремний в сумме не более 3-5% и часто около 0,1% измельчителей.

 Т/о:  закалка + высокий отпуск. Делятся  на 5 групп. По мере увеличения  номера группы растет степень  легир и прокаливаемость. 

1) Сталь  40, 45 критический Æ10 мм, прим для неответст деталей

2) Сталь  40Х, 40ХР - крит Æ25-35 мм. Эти стали использ для изготов коленч валов, осей, зуб кол, работающих на износ без значительных ударных нагрузок,

3) Сталь  30ХМ, 40ХГ, 40ХГР - крит Æ 35-40 мм. Стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью, имеют пониженную вязкость и повышенные порог холодноломкости.

4) Сталь  40ХН, 40ХНР, 40ХГНР, 40ХНМ - крит Æ 50-75 мм. Имеют более высокую прокаливаемость, высокую прочность и вязкость. Их использ для изготовления деталей сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках.

5) 30ХН2ВФ, 38ХН3МФ - крит Æ > 100 мм. Высокая прокаливаемость и прочность. Из за присутствия в стали водорода образ флокины, котор обнаруж после прокатки в виде тонких трещин овальной или округлой формы, имеющих в изломе тип пятен в виде хлопьев серебристого цвета. Они резко ухудшают свойства сталей. Используют в наиболее ответственных деталях. 

35. Инструментальные  стали и твердые  сплавы.

Интрум  стали – углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью 63-65 HRC, красностойкостью(теплостойкостью) – способностью не уменьшать свою твердость при повышении температуры. Обычно это стали, состоящие из мартенсита и избыточных карбидов после закалки и низкого отпуска. Они делятся на:

1.легированные  и углеродистые стали с небольшим содержанием легирующих элементов и не обладающих теплостойкостью, работают до 200град. У7…У13,Х,ХВГ (Г-марганец),В1,ХГ2М.

2.легированные  стали, содержащие до 18% легирующих  элементов. Теплостойкость 400-500град. Х12,Х12М,Х12М2, 5ХНВ,5ХГМ,5ХНТ и др.

3.теплостойкие, высоколегированные стали ледебуритного  класса, содержащие V,Cr,Co,Mo и др. Теплостойкость 600-650град. Быстрорежущие маркируются «Р». Р18,Р9К5,Р6М5К5,4К5В2ФС,

4К8В2,3К7В7. Все

 быстрорежущие  стали содержат 4% Cr, но он не обозначен.

По назначению:

1.для  режущих инструментов (должны иметь  высокую твердость режущей кромки, для изготовления используются  все 3 вида) 2.для штампа холодной  деформации 3.для штампа горячей  деформации  4.для измерительных  инструментов и деталей высокой прочности, требующих износостойкости и стабильности. Обрабатываются ТМО, состоящей из закалки и последующего многократного отпуска, бладоря чему повышается твердость. Иногда подвергается дополнительной обработке: низкотемпературное азотирование, цианирование, обработка высокотемпературным паром.

Твердые растворы – металлокерамические  материалы, изготовленные порошковым методом. Твердость 87-92 HRC. Сплавы, используемые в промышленности делятся на:

1.вольфрамовые  ВК8,ВК3,ВК6

2.окись  вольфрама, титана, кобальта.Т15К6,Т30К4,Т15К10

3.карбиды Ti,Co,V,Ta. ТТ8К6.

В конце  «В»(крупный порошок), «М» мелкий. 

36. Чугуны. Серый, белый, высокопрочный и ковкий чугуны. Маркировка, области применения. Сплав железа с углеродом (>2,14 % С) называют чугуном. Присутствие эвтектики в структуре чугуна обусловливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита, называют белым. Графит придает излому чугуна серый цвет, поэтому чугун называют серым. В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие чугуны: серый, высокопрочный и ковкий. Серый чугун (технический) представляет собой, по существу, сплав Fe—Si—С, содержащий в качестве постоянных примесей Mn, P и S. В структуре серых чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита. Характерная особенность структуры серых чугунов, определяющая многие его свойства, заключается в том, что графит имеет в поле зрения микрошлифа форму пластинок. В зависимости от содержания углерода, связанного в цементит, различают: 1 Белый чугун в котором весь углерод находится в виде цементита Fe3C. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. Высокопрочными называют чугуны с шаровидным графитом, который образуется в литой структуре в процессе кристаллизации. Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый графит, и не является активным концентратором напряжений. Чугуны с шаровидным графитом (ЧШГ) имеют более высокие механические свойства, не уступающие свойствам литой углеродистой стали, сохраняя при этом хорошие литейные свойства и обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокую износостойкость и т. д. Обычный состав чугуна: 3,2—3,6 % С 3. ковкий чугун Ковкий чугун получают длительным нагревом при высоких температурах (отжигом) отливок из белого чугуна. В результате отжига образуется графит хлопьевидной формы. Такой графит по сравнению с пластинчатым меньше снижает прочность и пластичность металлической основы структуры чугуна. Чугун имеет пониженное содержание углерода и кремния

Маркировка  легированных чугунов осуществляется с помощью букв, обозначающих легирующие элементы (по аналогии со сталями) и  цифр, указывающих их содержание (в %). Буква Ш в конце маркировки указывает на то, что графит в чугуне имеет шаровидную форму; если буква Ш отсутствует, то графит пластинчатый. Нелегированный чугун не содержит других легирующих компонентов, кроме углерода. Основные области применения серого чугуна -- станкостроение и тяжелое машиностроение (станины станков, разнообразные корпусные детали), автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение, санитарно-техническое оборудование. 

37 Алюминий и его  сплавы. Деформируемые алюминивые сплавы. Термическая обработка.

Алюминий  – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления – 600град.С, имеет ГЦК решетку. В чистом виде используется в электротехнической промышленности (провода, фольга). Основное применение находят сплавы на основе алюминия (ал-медь, ал-кремний, ал-магний, ал-медь-магний, ал-медь-магний-кремний, ал-магний-кремний)

Все сплавы алюминия можно разделить на группы:

1. деформируемые,  предназначеные для получения  полуфабрикатов (листов, плит, прутков,  профилей и тд), поковок и штамповых заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки. Деформируемые сплавы подразделяются на сплавы, упрочныемые ТО и неупрочняемые ТО.

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют  закалку и старение, а для устранения неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава, - отжиг.

Температура рекристаллизации некоторых сплавов алюминия с  марганцем, хромом, никелем, цирконием, титаном и др. превышает обычно назначаемую t нагрева под дефомацию или закалку, поэтому после закалки и старения этих сплавов в них сохраняется некристаллизованная (полигонизованная) структура с высокой плотностью дислокаций, что повышает ее прочность по сравнению с рекристаллизованной структурой. Это явление получило название структурного упрочнения. Наиболее сильно проявляется в прессованных полуфабрикатах (прутки, профили, трубы) и поэтому это явление применительно к ним называется пресс-эффектом. Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют закалку и старение, а для устранения неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава, - отжиг.  

38. Линейные аллюминевые  сплавы.

Должны  обладать хорошей жидкотекучестью, малой усадкой, малой склонностью  к образованию пористости и горячих трещин. Хорошими литеными свойствами обладают сплавы, по составу близкие к эвтектическим. Это – сплавы алюминий-кремний, но механические свойства их очень низкие в связи с крупными размерами зерен. Поэтому их модифицируют – добавляют измельчители: титан, цирконий, бор, ваннадий, хром. Результат – значительное измельчение зерна, повышение свойств. По ГОСТ1583-93 литейные алюминиевые сплавы маркируются буквой А, после которой стоят буквы, показывающие наличие легирующих элементов и цифры (количество этих элементов). Буквой К обозначают кремний, М – медь, Мг – магний и тд. Например, АК9, АМ3.

Наиболее  широко применяются сплавы системы  алюминий-кремний: АК9, АК12 – силумины, обладают лучшими литейными свойствами, модифицируют натрием 0,05-0,08%, добавляют  две соли: 67%Na-F + 33%Na-Cl.

Система алюминий-медь (АМ3, АМ5) имеют плохие литейные свойства, но высокую прочность  и хорошо обрабатываются резанием. Отливки небольшого размера и  простой формы.

Система алюминий-магний (АМг6, АМг10) имеют низкие литейные свойства, но они легкие, обладают хорошими прочностными свойствами, коррозионно-стойкие, применяются в авиа- и судостроении после закалки и старения. 

39. Магний и его  сплавы. Марки, состав, свойства, область  применения. Особенности  литья и термической  обработки магниевых сплавов.

Магний  – металл серебристо-белого цвета, не имеет полиморфных превращений  и кристаллизуется в ГПУ решетку. Низкая плотность – 1,7 г/см3, tплав=651град. Хорошо обрабатывается резанием, воспринимает ударные нагрузки, гасит вибрационные нагрузки. При высокой температуре активно окисляется, при t=623град. на воздухе возгорается. Мг имеет грубую крупнозернистую структуру, низкие механические свойства, малую пластичность и низкую твердость. В чистом виде Мг применяется мало: в пиротехнике, хим.пром-сти, в металлургии (как легирующий элемент, восстановитель). Сплавы Мг находят применение, раньше назывались «электрон». Достоинство: высокая удельная прочность. Легируют Мг цирконием, неодимом, цинком, аллюминием, торием,марганцем. Добавки циркония 0,5% уменьшают размер зерна Мг почти в сто раз. Сплавы: деформируемые, литейные. Маркируются буквой М (если деформ-ые, то А, литейные – Л) и цифры, например, МЛ15,МА5, цифры – номер сплава. Свойства регламентируются ГОСТом 14957-76. Сплав МА5 содержит 0,15-0,5% марганца, 0,2-0,8 цинка, 7,8-9,2% Ал. Сплав МА14 содержит 5-6% цинка, Мн и Ал-нет,цинка 0,3-0,9%. Сплав МА10 легированный Ал, серебром и кадмием, имеет высокую прочность, недостаток – склонность к образованию трещин, что затрудняет их обработку давлением а так же сварку. Литейные магниевые сплавы – ГОСТ2856-79, в виду грубозернистости имею значительно меньшую пластичность и прочность. Преимущество – значительная экономия металла, в виду низких припусков на мех.обр-ку. Имеют невысокие литейные свойства, поэтому сплавы необходимо перегревать. Наибольшее применение нашли сплавы системы Мг-Ал-Зн. Имеют лучшее сочетание свойств. Высокопрочные магниевые сплавы применяют для наружних деталей самолетов, авиадвигателей: корпуса, компрессора, и др. Магниевые сплавы подвергают ТО: отжигу, закалке, старению. В виду малой  дифф.подвижности  выдержка при ТО составляет 10ки часов. Т1- искуственное старение, без предварительной закалки, выделяется упрочняющая фаза. Т2- отжиг. Для снятия внутренних напряжений и наклепа. Т4- закалка,повышает предельную прочность. Т6-закалка с охлаждением на водухе и поледующее старение – для повышения предела прочности при некотором снижении пластичности. Т61-закалка в воде и старение, исп-ся для получения максимальных прочностных свойств литых деталей 

40. Особенности поведения  металлов и сплавов  при высоких температурах. Жаростойкость и  жаропрочность. Критерии  жаропрочности. Состав, назначение, термическая  обработка жаропрочных  сплавов на никелевой  основе.

Жаропрочность – способность противостоять агрессивной среде при высоких температурах. Если среда действительно газовая, то проблема сводится к окалености. Газы в зависимости от температуры ведут ся по разному. Азот нейтрален при комнатной температуре, а при 1100град очень агрессивен. Fe окисляется и образуется плотная пленка, которая предохраняет от дальнейшего окисления. Она устойчива до 500град. При 570град окись железа Fe3O4 превращается в FeO (дюстит), который растворяет в себе и O и Fe. При повышении температуры вся сталь может превратится в окаленную и ее нужно защищать легированием Al,Ti,Si,Cr . При длительной работе при нагрузке меньше предела текучести и температуре 0,4-0,5 от температуры плавления металл испытывает медленную пластическую деформацию, которая называется ползучестью. Напряжение, которое вызывается разрушением металла при высоких температурах, сильно зависит от продолжительности приложения нагрузки. Оно может быть большим при кратковременном приложении нагрузки и значительно меньшим при длительном приложении нагрузки. При работе металла при высоких температурах возникает жаропрочность. Основной критерий – предел прочности (который приводит к разрушению металла при заданной температуре за время ) и предел ползучести (вызываемый деформацией за опред время при опред температуре). Ползучесть вызывает ослабляет напряжение в предварительно нагруженных деталях. Большенство жаропрочных металлов поликристаллические. Крупнозернистые металлы легируют таким образом, что по границам зерен выделяются упрочнительные фазы. Монокристаллические металлы очень дорогие. В зависимости от температуры применяются различные сплавы.

Жаропрочные сплавы на основе никеля, как правило, обладают сложным химсоставом. Термическая  обработка. Деформируемые никелевые  жаропрочные сплавы содержат в матрице дисперсные выделения карбидов типа MC. Гомогенизационный отжиг даёт возможность подготовить матрицу к получению равномерного распределения частиц упрочняющей фазы ' в процессе последующего старения После гомогенизационного отжига важно выдержать скорость охлаждения, чтобы препятствовать выделению нежелательных фаз. Охлаждение между этапами старения проводится плавно в течение 2 часов. 

41. Коррозийная стойкость.  Влияние окружающей  среды и тырым-пырым