Вопросы для самопроверки

1. Объясните понятие «служебное назначение машины».

2. Что понимается под качеством машины?

3. Что представляет собой производственный процесс?

4. Что называется технологическим процессом?

5. На какие группы можно подразделить технологические методы получения и обработки заготовок?

Раздел 2. Конструкционные материалы

В этом разделе изучаются следующие темы: «Черные и цветные металлы и сплавы», «Неметаллические и композиционные материалы», «Термообработка поверхностей детали».

2.1. Черные и цветные сплавы

Вопросы, изучаемые в этой теме: свойства металлов и сплавов; классификация и маркировка чугунов и сталей; цветные сплавы, их классификация, маркировка.

Сплавы – это твердые вещества, образованные сплавлением двух и более компонентов. Сплавы на основе железа называются черными, на основе других металлов – цветными. К основным свойствам металлов и сплавов относятся: механические, физи­ческие, техно­логические и экс­плуатационные.

Детали машин в зависимости от условий ра­боты должны обладать определенными механическими свойствами. Чтобы узнать, удовлетворяет ли деталь предъявляемым к ней требованиям, про­изводят специальные испытания. Вид испытания и характер его проведения указывают в технических условиях или на чертежах детали. К механиче­ским свойствам материала отно­сятся прочность, пла­стичность, твердость.

Пластичность – способность материала получать остаточное из­менение формы и размера без разрушения.

Прочность – способность твердо­го тела сопротивляться деформа­ции или разрушению под действием статических или динамических нагру­зок. Прочность материалов определяют с помощью специальных ме­ханических испыта­ний стандартных образцов, изготов­ленных из исследуемого материала. Для определения прочности при стати­ческих нагрузках образцы ис­пытывают на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Испытания на растяже­ние обязательны. Прочность при статических нагрузках оценивается времен­ным сопротивлением (пределом прочности) , и пределом текучести .

Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных де­формаций тела. Значение твер­дости и ее размерность для одного и того же мате­риала зависят от применяе­мого метода измерения. Значения твердости, опреде­ленные различными ме­тодами, пересчи­тывают по таблицам и эмпирическим формулам.

Наибольшее распространение получили следующие виды ме­ханических испытаний: на растяжение (по ГОСТ 1497-84), на удар­ный изгиб и ударную вязкость (по ГОСТ 9454-78), на твердость (по ГОСТ 9012-59*, ГОСТ 9013-59*, ГОСТ 2999-75 и ГОСТ 9450-76), на жаропрочность (по ГОСТ 9651-73).

Чугуны – сплав железа с углеродом (2,14…4,5%) и некоторым количеством кремния, марганца и др.

Различают серый, высокопрочный, ковкий и легированные чугуны. Маркируют чугуны буквами и группой цифр, характеризующими величину временного сопротивления, уменьшенную в 10 раз (предел прочности при растяжении) в МПа. Например, серый чугун (ГОСТ 1412-85): «С» – серый, «Ч» – чугун, марка СЧ 15 показывает, что чугун имеет =150 МПа. Легированные чугуны получают введением легирующих элементов (хрома, кремния, алюминия, марганца и др.). Маркируют буквами и цифрами, например ЧХ1, ЧХ9Н5, ЧС5Ш, где буква Ч обозначает чугун, Х, Н, С – легирующие элементы, а цифры – их содержание в %; буква Ш указывает на шаровидную форму графита.

Чугуны широко применяются для изготовления отливок корпусных деталей. Отливки из высокопрочного чугуна используют для изготовления коленчатых валов, деталей прокатных станов, корпусов насосов, зубчатых колес. Ковкий чугун отличается высокой вязкостью, применяют для деталей машиностроения, получаемых отливкой, на которые во время работы могут действовать ударные нагрузки, для изготовления тонкостенных деталей, редукторов, фланцев, муфт.

Стали являются основным конструкционным материалом машиностроения. По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особо качественные. По химическому составу стали различают как углеродистые и легированные.

Конструкционные углеродистые стали. В эту группу сталей включаются стали обыкновенного качества и качественные стали. Они имеют удовлетворительные механические свойства в сочетании с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением.

Стали легированные конструкционные. Стали этой группы различаются по прочности: нормальной и повышен­ной прочности, высокопрочные (ГОСТ 4543-71). Легированные конструкционные стали различают по содержанию легирующих элементов – хромистые, хромоникелевые и другие; по качеству – качественная и высококачественная. Кроме того, легиро­ванные стали делятся на низколегированную, среднелегированную и высоколегированную. В качестве легирующих элементов, придающих стали повышенную прочность и специальные свойства, используют хром, никель, молибден, ванадий и др. Легированные стали обозна­чают цифрами и буквами, например марки 20Х, 40ХС, 30ХГН, 20ХН3А. Первые циф­ры показывают среднее содержа­ние угле­рода в сотых долях процента, а буквы – наличие легирующих эле­ментов. Цифрами после букв отмечено процентное содержа­ние легирующих элементов. Повышение содержания некоторых леги­рую­щих элементов, таких, как хром (X), молибден (М), ванадий (Ф), вольфрам (В), никель (Н), увеличивает прочность сталей и снижает теплопроводность, что ведет к ухудшению их обрабатываемости. Кремний (С) ухудшает обраба­тываемость стали из-за образования в ней силикатных абразивных включе­ний. Заготовки из крупнозернистой стали обрабатываются лучше, чем из мелкозернистой.

К сплавам цветных металлов относятся легкие спла­вы на основе алюминия и магния и сплавы меди с добавками (бронзы и латуни). Алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, считаются сплавами с нор­мальной прочностью, к сплавам же повышенной и высо­кой прочности относятся термически упроч­няемые сплавы. Сплавами с нормальной прочностью являются сплавы (ГОСТ 4784-97), легированные в ос­новном марганцем (АМц) и магнием (типа АМг). Они отличаются высокой пластичностью, хорошей сва­риваемостью; используются в отожженном и нагартованном состояниях для из­готовления де­талей (изделий), формируемых глубокой вытяжкой и сваркой. К сплавам повышенной прочности относятся сплавы типа дю­ралюминий (ГОСТ 4784-97), легированные в основном медью, магнием и марганцем (типа Д и АК); они упрочняются термиче­ской обработкой на старение. Сплавы типа Д широко применяют­ся в авиации. Ковочные сплавы типа АК используют при из­готовлении деталей сложной формы. К высокопрочным относятся сплавы алюминия с цинком, ме­дью и маг­нием (типа В). Они упрочняются термической обработ­кой на старение; по ха­рактеристикам прочности превосходят спла­вы типа дюралюминий, однако об­ладают пониженной пластично­стью и вязкостью разрушения. Высокопрочные сплавы применяют для высоконагруженных элементов конструкций, работаю­щих в основном на сжатие; из них изготавливают корпуса и детали обшив­ки.

Сплавы медные деформируемые. Отличительная особенность большинства медных сплавов – высо­кая пластичность (по этому признаку они могут относиться к сплавам высокой технологичности). В машиностроении приме­няются в основном латуни и бронзы. Латунь – сплав меди с цинком; обозначают буквой Л и двузначным числом, показывающим среднее содержание меди (остальное – цинк). На­пример, ла­тунь Л62 содержит 62% меди и 38 % цинка. Для улучшения обра­батываемости в латунь вводят 1 – 2% свинца (С), а для повышения прочности – алюминий (А), никель (Н) и другие элементы. Например, латунь ЛЖМц59-1-1 содержит 59% меди, 1% железа (Ж), 1% марганца (М), остальное – цинк. Бронзой называют сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и други­ми элементами, кроме цинка или никеля (ГОСТ 5017-79). Бронзы обозначают буква­ми Бр, начальными буквами основных эле­ментов, вошедших в сплав (А – алю­миний, Н – никель, О – олово, Ц – цинк, Ф – фосфор), и цифрами, указывающими среднее содержание этих элементов в процентах. Для лучшей обраба­тываемости бронз и улучшения их анти­фрикцион­ных свойств в состав бронз вво­дят свинец. Например, сплав БрОЗЦ12С5 со­держит в среднем 3% олова (О), 12% цинка (Ц), 5% свинца (С) и остальное – медь.