Реферат

по ТКМ и Мат.

Студента группы М10-в 1 курса

Карамышева Андрея

1.Получение высокопрочного чугуна состоит в том, что расплавленный серый чугун подвергается модифицированию и ферросилицием, и магнием. В результате такого двойного модифицирования графит в структуре высокопрочного чугуна выделяется в виде шаровых комочков ( фиг. Существенно то, что такая форма графита получается в высокопрочном чугуне непосредственно в процессе литья, тогда как для получения ее в структуре ковкого чугуна требуется длительный отжиг. Поэтому высокопрочный чугун значительно дешевле ковкого.

Для получения высокопрочного чугуна с основой из тонкопластинчатого или даже сорбитообразного перлита чаще всего легируют чугун хромом и никелем, которые, как известно, способствуют образованию высокодисперсных эвтектоидов. 

Для получения высокопрочного чугуна с преимущественно ферритовой структурой; необходимо снижение содержания марганца до 0 4 % и фосфора до 0 1 % в исходном чугуне. 

Для получения высокопрочного чугуна в специальной камере в перегретый до 1400 - 1500 С жидкий серый чугун в ковше вводят 0 5 - 1 0 % Mg и 0 5 - 1 0 % ферросилиция. 

Существует несколько способов получения высокопрочных чугунов. 

В последнее время разработан метод получения нового, высокопрочного чугуна с округлым графитом. Перед разливкой жидкий чугун подвергается модифицированию магнием. В результате такого модифицирования чугун по структуре графита и по механическим свойствам превосходит не только серый, но и ковкий чугун. 

В последние годы церий применяют для получения высокопрочного чугуна. При производстве ковкого чугуна церий наряду со сфероидизацией графита повышает ударную вязкость.

Магниевые и цериевые лигатуры разнообразного состава применяют для модифицирования приполучении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. 

Замена ковкого чугуна этим новым материалом дает возможность резко сократить цикл отжига, и в связи с доступностью получения высокопрочного чугуна практически в любом литейном цехе расширяется область применения отливок со свойствами, присущими ковкому чугуну. 

К числу наиболее прогрессивных технологических литейных процессов, разработанных и внедренных в Советском Союзе в годы первых индустриальных пятилеток, относится получение высокопрочного чугунапутем модифицирования его 75 % - ным ферросилицием и силикокальцием. Эти работы были успешно проведены на заводе Станколит Г. И. Клецкиным. 

В последнее время высокопрочный чугун начинают с успехом использовать для таких ответственных деталей, как коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания, задние мосты автомобилей, зубчатые колеса, шатуны и др. Получению высокопрочного чугуна способствует применение в вагранках кислородного дутья. 

Модифицированный чугун с пластинчатым графитом получают обработкой жидкого, сравнительно малоуглеродистого чугуна графитизирующими присадками. Получение высокопрочного чугуна с глобулярным графитом связано с обработкой жидкого чугуна, наоборот, с повышенным содержанием углерода и кремния. 

Известно, что элементы, увеличивающие отбеливаемость, можно расположить в порядке возрастания эффективности их влияния следующим образом: Mn, Mo, Sn, Cr, V, S, Те. Модификаторы, используемые дляполучения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, - магний и церий увеличивают склонность к отбеливанию. 

Частички модификаторов, являясь дополнительными центрами кристал лизации, способствуют размельчению графитовых включений и приближению их формы к форме графита ковкого чугуна. Лучшим модификатором является магний, используемый при получении высокопрочных чугунов. 

Магний применяется в производстве титана, используется для получения высокопрочного чугуна, входит в состав многих алюминиевых сплавов. 

Поскольку при этом испаряется около 30 % магния, в процессе плавки следует улавливать пары магния в конденсаторе. Такую лигатуру, которая может быть использована при получении высокопрочного чугуна, в настоящее время получают, сплавляя ферросилиций с магнием и силикокальцием. При этом значительная часть магния и кальция теряется из-за испарения и химического взаимодействия с окислами футеровки. 

Для плавки высококачественного чугуна служат также дуговые трехфазные печи. При получении высокопрочного чугуна используют индукционные электропечи, выплавляющие синтетический чугун из стальных отходов. 

На ряде отечественных заводов применяют вагранки закрытого типа, оснащенные специальными системами высокоэффективной очистки и дожигания ваграночных газов. Операции загрузки вагранки шихтой, плавка чугуна, выпуск из вагранки металла и шлака производятся в автоматическом режиме с центрального пульта управления. Для плавки чугуна служат также дуговые трехфазные печи, главным образом при дуплекс-процесссе - вагранка - электропечь, а при получении высокопрочного чугуна - индукционные электропечи, выплавляющие синтетический чугун из стальных отходов. 

Эти новые задачи, новые условия и прогресс в области чугунолитейного производства учтены коллективом авторов справочника. Коренным образом переработаны план и содержание справочника. В новом издании значительно расширены прогрессивные технологические процессы изготовления отливок, в особенности специальные способы литья, применение жидкостекольных смесей, получение высокопрочного чугуна, плавка в вагранках усовершенствованных конструкций, вопросы комплексной механизации и автоматизации производства, использования газов, изотопов и ультразвука в чугунолитейных цехах. Изложение материала произведено на более высоком научном уровне, в большей степени использованы диаграммы и методы расчета параметров технологического процесса. 

Новый машиностроительный материал - высокопрочный вязкий чугун с шаровидным графитом - соединяет в себе высокие механические свойства стали с технологичностью и удобствами производства чугунных отливок. Он может заменить стальное литье и поковки, ковкий чугун и цветные сплавы, а применение его вместо серого и модифицированного чугуна увеличивает эксплуатационную надежность и долговечность частей машин и создает возможность в отдельных случаях уменьшать их сечение и вес. Получение высокопрочного чугуна основано на обработке ( модифицировании) его жидкого сплава магнием или церием. Магний по технологическим свойствам уступает церию, однако вследствие меньшей себестоимости он получил наибольшее применение в промышленности. 

Достижением последних лет в области получения высококачественного чугуна является новый оригинальный способ выплавки высокопрочного чугуна с глобулярным ( гааровидным) графитом. Этот способ так же прост, как и способ получения модифицированного чугуна с пластинчатым графитом. Как при том, так и при другом способе высококачественный чугун получают обработкой жидкого металла соответствующими присадками, модифицированный чугун с пластинчатым графитом - обработкой сравнительно малоуглеродистого чугуна графитизирующими присадками. При получении высокопрочного чугуна с глобулярным ( шаровидным) графитом жидкий чугун с повышенным содержанием углерода и кремния обрабатывают присадками ( модификаторами), содержащими магний или церий и графитизирующие элементы. Присадки, содержащие магний или церий, обеспечивают получение шаровидного графита, а присадка графитизирующих модификаторов, способствуя графи-тизации, не допускает получения в отливках структурно-свободного цементита. 

2.Деформируемые сплавы - это сплавы, которые подвергают горячей и холодной обработке давлением - прокатке, прессованию, ковке или штамповке, волочению. В результате пластической деформации из них получают различные круглые, плоские, полые полуфабрикаты: листы, ленты, прутки, плиты, профили, поковки, трубы, штамповки, проволоку. К деформируемым сплавам от­носятся также сплавы для сварки.

 

Деформируемые сплавы, полученные на основе первичного алюминия, поставляются в виде за­готовок и полуфабрикатов, приготовленные на основе вторичного алюминия - в виде чушек. Последние могут быть использованы для подшихтовки при производстве полуфабрикатов из алюминиевых сплавов.

Деформируемые сплавы составляют основной объем производства алюминиевых сплавов (до 80%).

Для деформируемых сплавов характерна структура твердого раствора с наибольшим содержанием эвтектики.

Они подвергаются упрочнению закалкой с последующим старением как естественным путем при комнатной температуре, так и искусственным при повышенной температуре. В результате закалки образуется пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии, из которо­го при старении выделяется избыток растворенных элементов в виде зональных метастабильных фаз и стабильных интерметаллидов.

Некоторые деформируемые алюминиевые сплавы, в частности, содержащие хром, марганец, цирконий и железо, способны закаливаться из жидкого состояния; при этом концентрация элемен­тов в пересыщенном твердом растворе может существенно превосходить максимальную равно­весную концентрацию для твердого состояния.

Закалка алюминиевых сплавов - заключается в нагреве их до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы, полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры для получения пересыщенного твердого раствора. 

При закалке алюминиевых сплавов образуются, как известно, пересыщенные твердые растворы легирующих элементов в оС - А1 и соответственно уменьшается количество интерметаллидных фаз в сплаве. Содержание легирующих элементов в твердом растворе монотонно увеличивается с ростом скорости закалки, одновременно увеличивается и КС.

Старение металлов, изменение механических, физических и химических свойств металлов и сплавов, обусловленное термодинамической неравновесность исходного состояния и постепенным приближением структуры к равновесному состоянию в условиях достаточной диффузной подвижности атомов. При быстром охлаждении от высоких температур (при закалке или после кристаллизации и горячей пластической деформации) металлы и сплавы полностью или частично сохраняют атомную структуру, характерную для высокотемпературного состояния. В чистых металлах неравномерность этой структуры состоит в избыточной (для низких температур) концентрации вакансий и наличии др.. дефектов кристаллической структуры. В сплавах неравновесность структуры может быть связана с сохранением фаз, неустойчивых при низких температурах. Наиболее важное старения сплавов, обусловленное процессами распада пересыщенного твердого раствора. Состояние пресыщения твердого раствора возникает после охлаждения сплавов от высоких температур, поскольку обычно с повышением температуры растворимость примесей (или легирующих элементов, специально вводимых) возрастает. Целью применения режима старения является получение повышенной прочности закаленного сплава или более стабильных размеров детали. Достигается это естественным или искусственным старением.

Различают следующие виды отжига:

1. гомогенизационный

2. рекристаллизационный

3. для разупрочнения сплавов (после предварительной закалки и старения).

Гомогенизация

Этому виду отжига подвергают слитки, перед обработкой давлением, для устранения дендритной ликвации, которая приводит к получению неоднородного твердого раствора и выделению по границам зерен и между ветвями дендрнтов хрупких неравновесных эвтектических включений.  Гомогенизация способствует получению мелкозернистой структуры в отожженных листах и уменьшает склонность к коррозии под напряжением. Охлаждение проводят на воздухе или вместе с печью.

Рекристаллизационный  отжиг

 Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве деформированного сплава до температур выше температуры окончания первичной рекристаллизации, применяется для снятия наклепа и получения мелкого зерна. У большинства алюминиевых сплавов при степени деформации 50—70% температура начала рекристаллизации находится в пределах 280—300°С. После рекристаллизационного отжига сплавов, неупроч-няемых термической обработкой, скорость охлаждения выбирают произвольно. Неполный отжиг чаще применяют для деформированных сплавов неупрочняемых закалкой и старением.

Отжиг для разупрочнения сплавов (полный отжиг)

Отжиг для разупрочнения сплавов (полный отжиг), проводят при 350—430°С с выдержкой 1—2ч. При этих температурах происходит полный распад пересыщенного твердого раствора и коагуляция упрочняющих фаз. Скорость охлаждения во избежание закалки не должна превышать 30°С/ч. После отжига сплав имеет низкие значения временного сопротивления, удовлетворительную пластичность и высокую сопротивляемость коррозии под напряжением. Отожженный материал способен выдерживать холодную обработку давлением с высокими степенями деформации.

Дюралюминий — основной конструкционный материал в авиации и космонавтике, а также в других областях машиностроения с высокими требованиями к весовой отдаче.

Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции, начиная с 1911 года — широкое применение. Состав сплава и термообработка в годы Первой мировой войны были засекречены. Благодаря высокой удельной прочности дюралюминий начиная с 1920-х годов становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.

Плотность сплава 2500—2800 кг/м³, температура плавления около 650 °C. Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например, поездов Синкансэн) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей твёрдостью, чем чистый алюминий).

После отжига (нагрева до температуры около 500 °C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного — при 20 °C — несколько суток, искусственного — при повышенной температуре — несколько часов) становится твёрдым и жёстким.

В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками марганца — известны под общим названиемдюралюмины. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450—500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150—175 °C) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения.

Недостаток дюралюминов — низкая коррозионная стойкость, изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Листы дюралюминов, как правило, плакируют чистым алюминием.

Алюминиевые сплавы для ковки и штамповки.

Для процессов ковки и штамповки употребляются алюминиевые сплавы, условно обозначаемые марками АК2, АК4, АК6 и АК8 (что означает «алюминиевые ковочные»). В зависимости от маркировки эти сложные сплавы содержат 1,9 — 5% Сu, 0,4 — 1,8% Mg, до 0,2% Мn, 0,5 — 1,2% Si, 1 — 2,3% Ni.Поковки из сплавов типа АК нагреваются до 510 — 520°, закаливаются в воде и подвергаются искусственному старению в течение 12 — 18 час. при 150 — 160°. Данные сплавы применяются для изготовления поршней (АК2), лопастей, винтов, картеров, двигателей, крыльчатки насосов (АК6), колец, дисков, крышек и других деталей.

 Алюминиевые литейные сплавы маркируются буквами AJI (алюминиевые литейные) и следующими за ними цифрами  -  условными номерами сплавов.

Основными элементами, входящими в состав алюминиевых литейных сплавов, являются кремний, медь, магний, цинк. Алюминиевые сплавы, содержащие от 8 до 14% Si, называются силуминами. Сплавы AJI2 (с 10 — 13% Si и 0,8% Сu) и AJI4 (с 8 — 10% Si, 0,3% Mg и до 0,5% Мn) обладают хорошими литейными свойствами, достаточной пластичностью и сопротивлением коррозии.

В результате закалки и старения механические свойства силуминов изменяются очень мало. Однако прочность силуминов можно естественно повысить, если подвергнуть их модифицированию в жидком состоянии небольшим количеством натрия.

Такая структура сопровождается улучшенными механическими свойствами силуминов.

Высокопрочные сплавы В9Г, В96, В9Л и В94 системы А1 - Zn-Mg - Сп в противоположность сплавам типа дуралюмин, в закаленном и естественно состаренном состоянии обладают низкой коррозионной стойкостью ( расслаивающая коррозия) и очень низким сопротивлением коррозии под напряжением. Поэтому все сплавы этой системы применяются только в искусственно состаренном состоянии по режимам, обеспечивающим достаточно высокое сопротивление коррозии под напряжением. Типичный представитель этой группы - сплав В95 - широко применяется в виде листов, прессованных и кованых изделий. Для повышения коррозионной стойкости листы плакируются сплавом алюминия с I % цинка.

Традиционные высокопрочные сплавы, как правило, имеют низкую пластичность, высокую чувствительность к концентраторам напряжений и сравнительно малое сопротивление усталостному разрушению. 

Жаропрочные сплавы — металлические материалы, обладающие высоким сопротивлением пластической деформации и разрушению при действии высоких температур и окислительных сред.

Жаропрочные сплавы могут быть на алюминиевой, титановой, железной, медной, кобальтовой и никелевой основах. Наиболее широкое применение в авиационных двигателях получили никелевые жаропрочные сплавы, из которых изготавливают рабочие и сопловые лопатки, диски ротора турбины, детали камеры сгорания и т. п. В зависимости от технологии изготовления никелевые жаропрочные сплавы могут быть литейными, деформируемыми и порошковыми. Наиболее жаропрочными являются литейные сложнолегированные сплавы на никелевой основе, способные работать до температур 1050—1100 °C в течение сотен и тысяч часов при высоких статических и динамических нагрузках.

Обычно алюминий и алюминиевые сплавы имеют хорошее сопротивление коррозии в следующих средах: атмосфере, свежей воде, морской воде, большинстве почв, большинстве продуктов питания и многих химических веществах. Выражение «хорошее сопротивление коррозии» означает, что в большинстве случаев изделия или детали из алюминиевых сплавов можно использовать без специальной защиты поверхности в течение длительного срока службы. Степень воздействия коррозии на алюминиевое изделие зависит от степени агрессивности среды, в которой оно работает, а также особенностей его функций и ожидаемого срока службы. При необходимости принимают меры по предотвращению или ограничению воздействия коррозии алюминия и алюминиевых сплавов, в том числе, применение защитных покрытий поверхности, таких как, например, порошковая окраска и анодирование.