Задачи По цветным металлам и сплавам

№ 10. Многие изделия изготавливают из латуни вытяжкой из листа в холодном состоянии. Иногда в изделиях обнаруживаются трещины, возникающие без приложения внешних нагрузок (так называемое «сезонное растрескивание»). На рис. 1 показана де­таль после глубокой вытяжки и после растрескивания при вылежи­вании.

Рис. 1. 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. Рогачева Л.В. Материаловедение. – М.: Колос-пресс, 2002.

10. Савостицкий Н.А., Амирова Э.К. Материаловедение швейного производства. – М.: Академия, 2004.

11. Справочник металлиста. Т.3. – М.: Машгиз, 1959.

12. Технология металлов и конструкционные материалы/ Под ред. Б.А. Кузьмина. - М.: Машиностроение, 1989. – 496 с., ил.

13. Технология конструкционных материалов/ Под ред. А.М. Дальского.- М.: Машиностроение, 1985. – 448с., ил.

14. Филинов С.А., Фиргер И.В. Справочник термиста. – Л.: Машиностроение, 1969. -320 с., ил.

15. Химушин Ф. Ф. Нержавеющие стали. Изд. 2-е. М.: Металлургия, 1967. - 798 с., ил.

16. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. Изд. 2-е. М.: Металлургия, 1969. - 749 с., ил.

17. Хуго И. и др. Конструкционные пластмассы. Свойства и применение. – М.: Машиностроение, 1970. – 336 с., ил.

18. Шмыков А. А. Справочник термиста. Изд. 4-е. М.: Машиностроение, 1961.- 392 с., ил.

 

Содержание

Введение…………………………………………………………….
1. Классификация материалов……………………………………..
2. Кристаллическое строение металлов и сплавов……………….
2.1. Дефекты кристаллической решетки………………………
3.Кристаллизация…………………………………………………..
4. Полиморфные превращения…………………………………….
5. Основные свойства металлов и сплавов……………………….
5.1. Напряжение и деформация
5.1.1. Напряжение. Тензор напряжений………………...
5.1.2. Деформации. Тензор деформаций…………………..
5.1.3. Схемы напряженного и деформированного состояния при механических испытаниях различных видов….
5.1.4. Упругая и пластическая деформация……………….
5.1.5. Механизм пластической деформации………………
5.2. Классификация механических испытаний……………….
5.3. Условия подобия механических испытаний……………..
5.4. Статистическая обработка результатов механических испытаний………………………………………………………
5.5. Разрушение…………………………………………………
5.6. Наклеп………………………………………………………
5.7. Влияние нагрева на строение и свойства деформированного металла (рекристаллизационные процессы)….
6. Теория сплавов…………………………………………………
6.1. Механическая смесь……………………………………….
6.2. Химическое соединение…………………………………..
6.2.1.Фазы внедрения……………………………………….
6.2.2. Электронные соединения (фазы Юм-Розери)………
6.2.3.Фазы Лавеса…………………………………………..
6.3. Твердые растворы…………………………………………
7. Диаграммы состояния……………………………………………
7.1. Общие сведения о построении диаграмм состояния……
7.2. Типы диаграмм состояния………………………………..
7.2.1. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (I рода)……
7.2.2. Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (II рода)……..
7.2.3. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (III рода)………….
7.2.4. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения (IV рода)………………………….
7.2.5. Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения………………………………...
7.3. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния………………………………………………………..
8. Железо и его сплавы……………………………………………..
8.1. Диаграмма железо-углерод ……………………………
8.1.1. Компоненты и фазы в системе железо - углерод …
8.2. Стали……………………………………………………….
8.2.1. Влияние постоянных примесей на свойства стали..
8.2.2. Маркировка углеродистых сталей общего назначения………………………………………………………
8.2.3. Классификация и маркировка легированных сталей....
8.2.4. Легированные конструкционные стали.........................
8.2.4.1. Строительные низколегированные стали..................
8.2.4.2. Конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементируемые) легированные стали..............
8.2.4.3. Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали...............................................................
8.2.4.4. Шарикоподшипниковые стали.......................................
8.2.4.5. Износостойкие стали.......................................................
8.2.4.6. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы..
8.2.5. Инструментальные материалы...........................................
8.2.5.1. Углеродистые и легированные инструментальные стали.............................................................................................
8.2.5.2. Легированные инструментальные стали.......................
8.2.5.3. Быстрорежущие стали.....................................................
8.2.5.4. Твердые сплавы...............................................................
8.2.6. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами...
8.2.6.1. Магнитомягкие стали....................................................
8.2.6.2. Магнитотвердые стали...................................................
8.2.6.3. Сплавы с заданным коэффициентом линейного расширения.......................................................................................
8.2.6.4. Сплавы с высоким электросопротивлением.................
8.2.6.5. Сплавы с заданными упругими свойствами.................
8.2.6.6. Сплавы с эффектом памяти...........................................
8.3. Чугун………………………………………………………..
8.3.1. Марки чугунов ……………………………………….
9. Общие положения термической обработки…………………..
9. 1. Температура и время термической обработки………
9.2. Классификация видов термической обработки………
9.3. Основные виды термической обработки стали……...
9.4. Четыре основных превращения в стали……………...
9.5. Образование аустенита………………………………..
9.6. Рост аустенитного зерна……………………………….
9.7. Распад аустенита……………………………………….
9.8. Мартенситное превращение…………………………..
9.9. Бейнитное превращение……………………………….
9.10. Превращения при отпуске……………………………
9.11. Влияние термической обработки на свойства стали….
10. Химико-термическая обработка……………………………….
10.1.Цементация………………………………………………..
10.2. Азотирование……………………………………………..
10.3. Цианирование…………………………………………….
10.4. Диффузионная металлизация……………………………
11. Термомеханическая обработка…………………………………
12. Цветные металлы и сплавы…………………………………….
12.1. Медь и ее сплавы………………………………………
12.2. Алюминий и его сплавы…………………………………
12.3. Титан и его сплавы……………………………………….
12.4. Антифрикционные сплавы………………………………
13. Порошковые материалы............................................................
13.1. Конструкционные порошковые материалы.....................
13.2. Фрикционные порошковые материалы...........................
13.3. Пористые фильтрующие элементы.................................
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…………………………………………………………...