Тема: ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
Лекция 1 Тема: Основные сведения о металлах и сплавах Вопросы: 1.Классификация металлов. 2.Свойства Ме и сплавов: 1) Физические свойства 2) Химические свойства 3) Механические свойства 4) Технологические свойства 3. Кристаллическое строение Ме и сплавов.
Классификация металлов
Материаловедение – наука о способах получения металлических материалов и средствах их физико-химической переработки с целью получения деталей и изделий различного назначения.
При выборе Ме для изготовления деталей машин необходимо знать его состав, строение, физико-механические свойства, а также учитывать условия эксплуатации, воздействие механических напряжений и других факторов, влияющих на работоспособность и надежность машин.
Металлами называют химические элементы, характерными признаками которых являются непрозрачность, блеск, хорошая электро- и теплопроводность, пластичность, а для многих металлов также ковкость и способность свариваться.
Ме разделяют на:
- простые Ме – состоят из одного основного элемента и незначительного количества примесей других элементов. Например: технически чистая медь содержит от 0,1 до 1% примесей свинца, висмута, сурьмы и др. элементов.
- сплавы – сложные Ме, представляющие сочетание какого-либо простого Ме (основы сплава) с др.Ме или не Ме. Например: латунь – сплав меди с цинком. Основа сплава медь.
Химический элемент, входящий в состав Ме или сплава называется компонентом. По числу компонентов сплавы делятся на двухкомпонентные, трехкомпонентные и т.д.
|
|
|
Сплавы превосходят простые Ме по прочности, твердости, обрабатываемости и т.д. Например: железо – мягкий Ме, почти не применяющийся в чистом виде. Зато самое широкое применение в технике имеют сплавы железа с углеродом – сталь и чугун.
Ме и сплавы делятся на черные и цветные.
Черные Ме – железо и его сплавы (сталь и чугун). Наиболее распространены в технике. Это обусловлено большими запасами железных руд в земной коре, сравнительно простой технологии выплавки черных Ме и высокой прочностью.
Цветные Ме: медь, алюминий, магний, свинец, цинк, олово, титан, никель, молибден, кобальт, вольфрам и т.д.
Цветные Ме применяют в технике реже, чем черные, из-за незначительного содержания их в земной коре, сложностью процесса выплавки руд, недостаточной прочностью, дорогостоимости. Когда возможно их заменяют черными Ме, пластмассами и др. материалами.
СВОЙСТВА Ме и сплавов
1) ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Физические свойства характеризуют физическое состояние материала, а также его способность реагировать на внешние факторы, не влияющие на химический состав материала.
|
|
|
К Физическим свойствам материалов относятся:
Цвет – способность Ме отражать падающие на них световые лучи. Медь – розово –красная, Алюминий – серебристо-белый)
Плотность – отношение массы Ме к его объему без пор и пустот (г/см3, кг/м3, т/м3) вычисляют по формуле
p=m/V,
где m – масса материала, г (кг или т);
V – объем, занимаемый материалом, без пор и пустот, см3 (м3).
Температура плавления – температура, при которой Ме переходит из твердого состояния в жидкое. Зависит от прочности связи между молекулами, ионами.
Пример: температура плавления ртути = - 39 0 С,
температура плавления вольфрама = + 3410 0 С
Тепловое расширение – изменение линейных размеров и объема металлического материала при нагревании.
Теплопроводность – способность Ме передавать теплоту от более нагретых частей тела к менее нагретым. (Хорошая теплопроводность: серебро, медь, алюминий).
Электропроводность – способность Ме проводить электрический ток. Она оценивается на практике величиной удельного электросопротивления. Чем меньше электросопротивление, тем более электропроводен металлический материал. (Хорошо проводят эл.ток: серебро, медь, алюминий).
|
|
|
Магнитные свойства – способность Ме намагничиватся. (железо, никель, кобальт и их сплавы (ферромагниты)
2) ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Химические свойства – способность Ме и сплавов сопротивлятся окислению или вступать в соединения с различными веществами: кислородом воздуха, углекислотой, влагой, щелочами и др.
Чем лучше Ме вступает в соединение с др.элементами, тем легче он разрушается.
Химическое разрушение Ме под действием окружающей среды при обычной температуре называется коррозией Ме.
В зависимости от коррозионной стойкости в той или иной среде металлические материалы разделяют на несколько групп:
А) коррозионностойкие (нержавеющие) материалы, стойкие против коррозии в атмосфере, в почве, в морской и пресной воде и в др.средах;
Б) жаростойкие окалиностойкие) материалы – Ме, стойкие к окислению при сильном нагреве (выше 550 0 С)
В) жаропрочние – Ме , способные сохранять в условиях высоких температур свою структуру, не размягчаться и не деформироваться под действием нагрузки.
Г) кислотостойкие – стойкие против коррозии в агрессивных кислотных средах (в серной, соляной, азотной, фосфорных кислотах и их смесях разной концентрации).
|
|
|
3) МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Свойства, характеризующие способность Ме или сплава сопротивляться воздействию внешних сил, называются механическими.
Внешние силы (нагрузки) могут быть статическими (действующими постоянно), динамическими (возрастающими быстро и незначительное время) или циклическими (повторно-переменными).
По направлению действия силы (нагрузки) возникают деформации растяжения, сжатия, изгиба, скручивания и среза.
К механическим свойствам Ме относятся:
- прочность – способность материала сопротивляться действию внешних сил без разрушения
- упругость – способность материала восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешних сил, вызывающих деформацию
- пластичность – способность материала изменять свою форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь, и сохранять полученные деформации после прекращения действия внешних сил
- твердость – способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела
- вязкость – способность материалов оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам;
- хрупкость – свойство, обратное вязкости- свойство материала внезамно разрушаться под действием прилагаемых к нему усилий не обнаруживая при этом сколько-нибудь значительных деформаций;
- ползучесть – свойство материалов медленно и непрерывно пластически деформироваться при длительной нагрузке и высоких температурах
- усталость – процесс постепенного накопления повреждений материала под действием повторно-переменных напряжений, приводящих к уменьшению долговечности, образованию трещин и разрушению.
Способность материалов противостоять усталости называется выносливостью.
4) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Технологические свойства – способность Ме поддаваться различным видам технологической обработки для получения определенной формы, размеров и свойств.
- обрабатываемость резанием – способность Ме подвергаться обработке режущими инструментами для придания деталям определенной формы, размеров и чистоты поверхности. Для улучшения обрабатываемости сталей в них допускается повышенное содержание серы, а также вводятся свинец, селен и др.элементы
- свариваемость – свойство сплава или Ме образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Свариваемость углеродистых сталей ухудшается с повышением содержания в них углерода.
- ковкость – способность Ме без разрушения поддаваться обработке давлением (ковке, штамповке, прокатке и т.д.).
Зависит от пластичности Ме. Чем Ме более пластичен, тем лучше он поддается обработке давлением. Ме обладают ковкостью как в холодном, так ив нагретом состоянии. В холодном состоянии хорошо куются латуни и сплавы алюминия, сталь в нагретом состоянии. Чугун из-за повышенной хрупкости обработке давлением не подвергается.
- прокаливаемость – способность стали воспринимать закалку на определенную глубину от поверхности.
5) ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА
- жидкотекучесть - способность расплавленного Ме заполнять форму и давать плотные отливки с точной конфигурацией.
- усадка - сокращение объема расплавленного Ме при затвердении и последующем охлаждении
- ликвация - неоднородность химического состава твердого Мев разных частях отливки.
3. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ Ме и СПЛАВОВ
Все твердые вещества по взаимному расположению атомов делят на аморфные и кристаллические.
Аморфными называются твердые вещества, атомы которых в пространстве расположены хаотично (смола, клей, канифоль, стекло и др.)
Кристаллическими называются твердые вещества, в которых атомы (ионы, молекулы) располагаются в пространстве в строгом повторяющемся порядке, образуя атомно – кристаллическую решетку.
Если атомы Ме мысленно соединить прямыми линиями, то получится правильная геометрическая система, называемая пространственнойкристаллическойрешеткой.
Из кристаллической решетки можно выделить элементарнуюкристаллическуюячейку, представляющую наименьший комплекс атомов, повторением которого в трех измерениях можно построить всю решетку.
Наиболее распространены три типа элементарных кристаллических ячеек Ме:
- кубическая объемно-центрированная (имеют хром, вольфрам, молибден и др.)
- кубическая гранецентрированная (алюминий, медь, свинец и др.)
- гексагональная (цинк, магний и др.)
В узлах кристаллических решеток Ме расположены положительно заряженные ионы, удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга свободными электронами.
Такое внутреннее строение обуславливает характерные признаки Ме, такие как высокая электро и теплопроводность, пластичность (ковкость) и др.
Лекция 2
Тема: ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
Вопросы:
1. Чугуны. Состав, свойства, сорта, маркировка, область применения.
2. Классификация стали по составу, назначению и качеству.
3. Углеродистые стали. Свойства, маркировка, применение.
4. Легированные стали. Свойства, маркировка, применение.
ЧУГУНЫ
Чугун – сплав железа с углеродом (Fе до 92%, углерода – свыше 2% (2,14 до 5%)).
Примеси в чугунах: кремний – до 3,6%, марганца – до 1,5%, серы – до 0,06%, фосфора – до 1,2%.
Влияние примесей чугуна на его свойства.
Углерод в чугуне бывает двух видах:
1) в свободном состоянии – в виде графита
2) в химическом соединении с железом, называется цементитом.
В зависимости от формы и состояния углерода различают белый, серый, высокопрочный и ковкий чугун.
Если углерод в чугуне находится в виде цементита, то такой чугун в изломе белый цвет и называется белым.
Получению белого чугуна способствует марганец, который препятствует процессу графитизации.
Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо отливается и плохо обрабатывается резанием.
Основная масса белого чугуна используется на переделку в сталь (за это его называют передельным). Часть белого чугуна идет на получение ковкого чугуна.
Если углерод в чугуне находится в свободном состоянии в виде графита, то такой чугун имеет в изломе серый цвет и называется серым.
Получению серого чугуна, способствует кремний.
Серые чугуны – это литейные чугуны: они обладают хорошими литейными качествами – жидкотекучестью, мягкостью, хорошо обрабатываются, сопротивляются износу.
Вредными примесями в чугуне являются сера и фосфор. Сера повышает хрупкость чугуна, понижает прочность, придает чугуну густотекучесть. Фосфор также увеличивает хрупкость чугуна, но в отличие от серы делает чугун жидкотекучим, т.е. улучшает его литейные свойства.
Отливки из серого чугуна маркируются в зависимости от их прочности (ГОСТ 1412-79) С 410, С 415, С 418, С 420, С 425, С 430, С 435, С 440, С 445.
С 4 –серый чугун; цифры – предел прочности при растяжении (кгс/см 2)
Например: С 415: серый чугун с пределом прочности на растяжение 15кгс/см 2 (150 мПа)
Легированные чугуны – наряду с обычными примесями содержатся легирующие элементы: (хром, никель, титан и др.) Эти элементы улучшают твердость, прочность, износоустойчивость и т.д.
Применяют для изготовления коленчатых валов, деталей автомобилей, поршневых колец, дизелей и т.д.
Серый чугун применяют при изготовлении котлов, радиаторов, водопроводных и канализационных труб, фасонных частей, арматуры. Санитарных приборов – ванны, раковины.
В зависимости от технологии производства серые чугуны подразделяются на высокопрочные и ковкие.
Высокопрочные чугуны получают специальной обработкой - модифицированием серого жидкого чугуна. Модифицирование заключается в добавлении в расплавленный чугун небольшого количества магния и редкоземельных элементов – церия, лантана, ниодима или их смеси. В результате модифицирования графит кристаллизуется в виде шара, а не в виде пластинок. Поэтому показатели механических свойств чугуна повышаются.
Маркировка
В 4 – чугун высокопрочный
Первые цифры – предел прочности при растяжении (Н/мм2)
Вторые цифры – относительное удлинение %
В 438 -17; В 442- 12; В 445 – 5; В 450 – 2; В 460 – 2; В 470 – 2; В 480 – 2; В 4100 – 2; В 4120 – 2.
Применение: коленчатые валы двигателей, тяжелонагруженные отливки деталей строительных и дорожных машин и т.д., для более ответственных деталей заменяя сталь.
Ковкие чугуны получают специальной термообработкой (отжигом0 белого чугуна с целью графитизации цементита.
Маркировка:
К 437 – 12; К 435 – 10; К 433 – 8; К 430 – 6; К 445 – 6; К 450 – 4; К 450 – 4; К 456 – 4; К460 – 3; К 463 – 2
К 4 – ковкий чугун
Первые цифры – предел прочности при растяжении (Н/мм2)
Вторые цифры – относительное удлинение %
Применение: соединительные части трубопроводов, детали, арматура.
Классификация стали.
Сталь – сплав железа с углеродом (углерода содержится до 2%) что отличает ее от чугуна.
Сталь классифицируют по химическому составу, назначению и качеству.
По химическому составу сталь делится на углеродистую и легированную.
Углеродистая сталь – сплав железа с углеродом (до 2%) + обычные примеси: кремний (до 0,37%), марганец (до 0,8%), сера (0,06%), фосфор (до 0,07%)
Легированными называются стали, в состав которых, кроме железа, углерода и обычных примесей, входят легирующие элементы (хром, никель, вольфрам и др.), повышающие физические, химические и механические свойства стали.
Сталь также будет легированной если содержание в ней кремния ≥0,5%, а марганца ≥ 1%.
По назначению стали делятся на:
- конструкционные (общего назначения), идущие на изготовление деталей машин, приборов и элементов строительных конструкций;
- инструментальные, предназначенные для изготовления инструментов;
- стали специального назначения (нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, с высокой магнитной проницаемостью и др.)
По качеству:
- обыкновенного качества;
- качественные (в конце марки таких сталей ставится буква А)
- особовысококачественные (в конце марки ставится буква Ш)
Качество зависит от способа производства стали и определяется однородностью химического состава и строения. Основным показателем для классификации сталей по качеству является наличие в них вредных примесей (серы, фосфора, кислорода, азота и т.д.) Чем меньше в стали вредных примесей, тем качество ее выше.
Углеродистые стали
Углеродистые стали – сплавы, содержащие железо, углерод и небольшое количество примесей кремния, марганца, фосфора и серы.
Углеродистые конструкционные стали обладают высокой прочностью, пластичностью, вязкостью; легко обрабатываются давлением, хорошо свариваются и термообрабатываются.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 265; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!