3. Влияние модифицирования на структуру и свойства сплавов

— искусственное изменение структуры литого металла и сплава, заключающееся в измельчении микрозерна, изменении формы, размера и распределения структурных составляющих. Модифицирования сплавов производится добавлением в расплав в небольших количествах модификаторов — веществ, к-рые, присутствуя в малых количествах, влияют на процесс кристаллизации, изменяя структуру. Измельчение зерна металла и структурных составляющих сплава при кристаллизации может быть достигнуто созданием концентрационного градиента, тормозящего рост кристаллов, и искусственным образованием труднорастворимых частиц, к-рые, являясь затравками, способствуют началу кристаллизации во всем объеме жидкости. Обычно в качестве модификатора выбирают добавку, к-рая образует с компонентами сплава тугоплавкие соединения, кристаллизующиеся в первую очередь. Такой способ модифицирования применяется для алюминиевых сплавов (введение Ti, V, Zr, Мп), для чугунов (обработка Mg с целью изменения формы графита — см. Модифицирование чугуна), для сталей (добавление А1). Модифицирование структуры литого сплава оказывает влияние на св-ва не только в литом состоянии, но и при всей последующей обработке сплава. Модифицирование улучшает горячуюдеформируемость сплава, повышает механич. св-ва и влияет на процессы превращения в твердом состоянии. Напр., в алюминиевых сплавах модифицирование уменьшает склонность к росту зерна при рекристаллизации, в сталях приводит к получению т. н. природно-мелкозернистых сплавов, т. е. сталей с малой склонностью к росту аустенитного зерна при нагревах для термич. обработки.. Др. способ модифицирования структуры литейных сплавов заключается в создании условий, увеличивающих переохлаждение расплава, т. е. приводящих к снижению фактич. темп-ры кристаллизации сплава. Такие условия возникают в результате значительного перегрева жидкого металла. Более эффективен способ введения спец. модификаторов. Напр., для литейных алюминиевых сплавов (силуминов) чаще применяется обработка расплава натрием или его солями.

Билет 15

1. Жидкотекучесть сплавов

Жидкотекучесть — способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять литейную форму, четко воспроизводя контуры ее и поверхность. Принизкойжидкотекучести движение расплава в форме может прекратиться раньше, чем она будет заполнена. Это наиболее вероятно при изготовлении крупных тонкостенных отливок, особенно если сплав в форме быстро охлаждается (например, при литье в металлические или сырые песчаные формы). Жидкотекучесть сказывается на заполняемости формы расплавом, четкости воспроизведения рельефа полости формы. На жидкотекучесть оказывают влияние многие факторы, связанные со свойствами, состоянием и строением расплава (его природа, температура при заливке, фазовый состав, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость и теплопроводность, наличие включений, газонасыщенность, степень окисленности, интервал кристаллизации), а также с состоянием и свойствами формы (например, ее температура, теплофизические свойства, состояние поверхности, газотворность и газопроницаемость) и условиями заливки (конструкция и размеры литниковой системы, напор расплава, скорость заливки, характер движения потока и т. д.).

Для определения жидкотекучести предложены различные пробы, отливаемые в формах специальной конструкции. Наиболее распространены различные разновидности спиральных проб. Формы для отливки таких проб имеют протяженный спиральный канал, расположенный в горизонтальной плоскости. Поперечное сечение канала постоянно по всей длине и имеет обычно форму трапеции высотой 8 мм, шириной вверху 8 мм и внизу 7 мм. Одна из конструкций спиральной пробы представлена на рис. 5.1. Жидкотекучесть оценивается в миллиметрах по длине отлитой спирали. Для удобства замеров в верхней части канала сделаны выступы, расстояния между которыми 50 мм.

2. углеродистые литейные стали

Углеродистые литейные стали разделяют на конструкционные и инструментальные. К конструкционным сталям относят низкоуглеродистые g содержанием до 0,25 % С и среднеуглеродистые с содержанием 0,26—0,60 % С. К инструментальным сталям относят высоко* углеродистые с содержанием 0,60—1,3 % С. С повышением содержания углерода в стаЛй увеличивается ее жидкотекучесть и уменьшается усадка, одновременно повышается прочность стали и снижается ее пластичность*. При литье по выплавляемым моделям наиболее часто применяют среднеуглеродистые стали 35Л—‘55Л, из которых можно получать сложные тонкостенные отливки, в том числе крупногабаритные, При необходимости обеспечить повышенную пластичность деталей в эксплуатационных условиях используют низ ко углеродистые стали 15Л и 25Л [791. Для литья слесарно-монтажного инструмента наиболее распространено применение сталей У7 и У8 с временным сопротивлением в = 700-f-800 МПа при относительном удлинении 6 = 2%. При литье по выплавляемым моделям мерительного инструмента, требующего большей износостойкости, используют более твердые высокоуглеродистые стали У10—У13. Эти стали характеризуются высокими технологическими свойствами, прокаливаемостью и твердостью в закаленном состоянии (до HRC 65),

3. Серый чугун с пластинчатым графитом

Чугун с пластинчатым графитом (ЧПГ) является основным литейным сплавом в машиностроении.Главной особенностью микроструктуры ЧПГ, определяющей физико-механические и служебные свойства, является наличие пластинчатого графита. Пластинчатый графит нарушает сплошность металлической основы, поэтому ЧПГ имеет сравнительно невысокие значения временного сопротивления разрыву и очень низкую пластичность. Однако именно благодаря пластинчатому графиту в сером чугуне (СЧ) уникально сочетаются хорошие антифрикционные свойства, высокая износостойкость, малая чувствительность к концентраторам напряжений. ЧПГ имеет высокую демпфирующую способность и прекрасно гасит вибрации.СЧ – технологичный материал, обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с чугуном других типов.Из него можно изготовлять отливки самой сложной конфигурации с толщиной стенок от 2 до 500 мм.В основу стандартизации СЧ заложены принципы регламентации минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении.

По ГОСТ 1412–85 марка ЧПГ определяется показателем временного сопротивления чугуна при растяжении. Условное обозначение марки включает буквы СЧ – серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа х 10-1:СЧ 20 ГОСТ 1412–85.Механические свойства ЧПГ обеспечиваются в литом состоянии или после термической обработки.

Поскольку значения прочности чугуна данной марки в отливке зависят от скорости охлаждения, определяемой толщиной стенки (диаметром) отливки, в стандартах приводятся минимальные значения sв в отдельно отлитых пробных заготовках других диаметров или сечений из СЧ каждой марки.

Билет 16

1.Ведение плавки. Вагранка с новой футеровкой прежде всего подвергается просушке.

При пуске вагранки на лещади при открытом рабочем окне и фурмах разводят огонь, разжигая дрова. Когда огонь сделается достаточно сильным, через колошниковое окно засыпается кокс в количестве, достаточном для заполнения всего горна, несколько выше фурм (примерно на 400 мм). Это так называемая холостая колоша. Назначение холостой колоши заключается в том, чтобы дать необходимое для начала плавки тепло, а также служить опорой для лежащего на ней слоя плавящегося чугуна и флюсов. Верхний уровень холостой колоши должен во все время плавки поддерживаться по возможности на одинаковой высоте (пополнение сгорающей части происходит за счет опускающихся сверху слоев топлива).

После этого при закрытом рабочем окне пускается дутье, сначала слабое для продувки холостой колоши и затем нормальное. С пуском дутья начинается загрузка вагранки поочередно порциями топлива, чугуна и флюса.

Для получения надлежащего шлака обычно в ваграночную шихту, состоящую из литейного материала и топлива, прибавляется известняк. Ваграночный шлак должен быть в достаточной степени жидкотекуч во избежание застывания у фурм, что может повлечь прекращение работы вагранки.

Слишком жидкие шлаки могут оставаться в виде включений в чугуне, ухудшая свойства последнего.

Известняк загружается в вагранку в количестве 3—4% от веса металлической шихты (в зависимости от загрузки металла и характера топлива). Кроме известняка, в качестве флюсов применяют также плавиковый шпат, доломит, мартеновский и доменный шлак.

Выпускное очко в начале процесса плавки оставляется открытым, вследствие чего часть пламени устремляется вниз и способствует лучшему прогреванию горна.

Начиная плавиться, чугун стекает каплями вниз; накопившись на лещади, чугун начинает вытекать через выпускное очко (летку). Если находят, что вытекающий чугун недостаточно прогрет (имеет красный цвет), его не задерживают, а выпускное очко замазывается лишь тогда, когда температура вытекающего чугуна будет достаточно высокой (яркобелый цвет).

После закупорки выпускного отверстия начинается накопление расплавленного чугуна в горне. Количество накапливаемого чугуна определяется, с одной стороны, размером горна, а с другой — потребностью в чугуне для данной отливки.

При плавке в вагранке перегрев чугуна происходит тотчас после расплавления во время протекания капель расплавленного чугуна через слой раскаленного топлива; это является большим преимуществом ваграночной плавки перед другими способами, так как здесь устраняется потеря времени на ожидание, пока расплавленный металл примет надлежащую температуру.

Выпуск чугуна достигается пробиванием выпускного отверстия. Расплавленный чугун выпускают в ковш.

Работа вагранки может протекать непрерывно, пока производится загрузка ее колошами топлива, чугуна и флюса.

Если плавку прекращают, то прекращают загрузку вагранки, дают расплавиться всему чугуну и. выпускают его; после этого прекращают дутье, открывают рабочее окно и очищают под вагранки от несгоревшего топлива и шлаков. Если вагранка имеет откидное дно, то очистку ее производить более просто.

2. Производство отливок из ковкого чугуна более сложно и длительно, чем из серого. Низкое содержание кремния и углерода в жидком чугуне приводит при кристаллизации его в форме к образованию белого чугуна с перлитно-цементитной структурой.

После выбивки из формы и очистки отливки из белого чугуна подвергают отжигу при температуре 900-1000° С в специальных печах в течение 20-100 ч. При отжиге цементит, содержащийся в белом чугуне, распадается с образованием углерода отжига, имеющего хлопьевидную форму, в результате чего исчезает свойственная белому чугуну хрупкость и он становится пластичным.

В зависимости от способа отжига ковкий чугун бывает двух видов - белосердечный и черносердечный.

Белосердечный ковкий чугун получают при отжиге белого чугуна в окислительной атмосфере. Отливки из белого чугуна упаковывают в ящики, отлитые из жароупорных сплавов, и засыпают железной рудой. При нагреве до высоких температур цементит белого чугуна разлагается, и после охлаждения структура отливок состоит из перлита и углерода отжига, при этом за счет кислорода, содержащегося в железной руде, происходит выгорание углерода с поверхностных слоев отливки. Излом отожженной отливки имеет светлый серебристый цвет.

Черносердечный ковкий чугун получают отжигом белого чугуна в нейтральной атмосфере. Во время отжига происходит распад цементита, и после охлаждения структура чугуна состоит из феррита и углерода отжига (рис. 4). Излом черносердечного ковкого чугуна бархатисто-черный. Качество литья из ковкого чугуна определяют по механическим свойствам 

3. Для улучшения физических, химических, прочностных и технологических свойств стали легируют, вводя в их состав различные легирующие элементы (хром, марганец, никель и др.). Стали могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства. Влияние легирующих элементов. Легирующие элементы вводят в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Твердость феррита (в состоянии после нормализации) наиболее сильно повышают кремний, марганец и никель - элементы с решеткой, отличающейся от решетки α-Fe. Молибден, вольфрам и хром влияют слабее. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля). При содержании до 1% марганец и хром повышают ударную вязкость. Свыше этого содержания ударная вязкость снижается, достигая уровня нелегированного феррита при 3% Сг и 1,5% Мп. Увеличение содержания углерода в стали усиливает влияние карбидной фазы, дисперсность которой зависит от термической обработки и состава сплава. В значительной степени повышению конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости. Наилучший результат по улучшению прокаливаемости стали достигают при ее легировании несколькими элементами, например Сг+Мо, Cr+Ni, Cr+Ni+Mo и другими сочетаниями различных элементов. Высокая конструктивная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирование (за исключением никеля) после достижения необходимой прокаливаемости приводит к снижению вязкости и облегчает хрупкое разрушение стали. Хром оказывает благоприятное влияние на механические свойства конструкционной стали. Его вводят в сталь в количестве до 2%; он растворяется в феррите и цементите. Никель - наиболее ценный легирующий элемент. Его вводят в сталь в количестве от 1 до 5%. Марганец вводят в сталь до 1,5%. Он распределяется между ферритом и цементитом. Никель заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву. В связи с этим для измельчения зерна одновременно с никелем в сталь вводят карбидообразующие элементы. Кремний является некарбидообразующим элементом, и его количество в стали ограничивают до 2%. Он значительно повышает предел текучести стали и при содержании более 1% снижает вязкость и повышает порог хладноломкости. Молибден и вольфрам являются карбидообразующими элементами, которые большей частью растворяются в цементите. Молибден в количестве 0,2-0,4% и вольфрам в количестве 0,8-1,2% в комплекснолегированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокаливаемость и улучшают некоторые другие свойства стали. Ванадий и титан - сильные карбидообразущие элементы, которые вводят в небольшом количестве (до 0,3% V и 0,1% Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное содержание ванадия, титана, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования специальных труднорастворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению и снижают прокаливаемость стали. Бор вводят для увеличения прокаливаемости в очень небольших количествах (0,002-0,005%).Конструкционная сталь — легированная или углеродистая сталь, предназначенная для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами. Например, ШХ15 - специализированный материал для подшипников.

17 билет

1. дуплекс-процессы плавки чугуна

современной практике для получе­ния чугуна высокого качества используются и широко распростра­нены дуплекс-процессы.

Ваграночный чугун по своим свойствам все меньше удовле­творяет повышенным требованиям, предъявляемым к металлу и отливкам, поэтому для улучшения его свойств в отечественной и зарубежной практике все шире используются дуплекс-процессы, связанные с получением жидкого чугуна в вагранках и последую­щей его доводкой и перегревом в электрических печах. При этом достигаются высокая производительность, хорошее качество и низкие энергетические затраты на процессы. Здесь возможно применение дуплекс-процессов: вагранка - дуговая электропечь, вагранка - индукционная тигельная печь и вагранка - индукцион­ный канальный миксер.

Дуплекс-процесс дуговая электрическая печь - дуговая элек­трическая. Такой дуплекс-процесс позволяет полу­чать любые марки чугунов хорошего качества.

2. металлические шихтовые материалы

   Шихтовые материалы, шихта - смесь исходных материалов, применяющихся для получения литейных сплавов.Шихтовые материалы могут быть металлические и неметаллические. К металлическим шихтовым материалам относятся чугуны, лом черных и цветных металлов, металлы, применяющиеся в качестве легирующих элементов: хром, никель, титан и др. Неметаллические шихты - флюсы, которые вводятся в сплав, твердые окислители. Цель применения шихтовых материалов - получение в результате литья металла заготовки с требующимися механическими свойствами. Иногда при нарушении технологий заготовки шихтовых материалов, при отливке заготовок могут возникать дефекты литья металла. ЖИДКИЙ ЧУГУН КАК ШИХТОВЫЙ МАТЕРИАЛ

Жидкий чугун чаще всего используется в качестве шихты. Температура жидкого чугуна обычно составляет около 1400 градусов Цельсия, т.к. большая температура приводит к продуванию сплава и снижению процесса шлакообразования. Кроме того, жидкий чугун должен соответствовать определенным требованиям: так, кремния в чугуне должно содержаться от 0,6-0,9%, фосфор должен содержаться в небольших количествах, иначе образующийся шлак придется сливать в процессе литья металла. Марганца, напротив, должно быть не менее 0,8 %, т.к. элемент положительно влияет на свойства поверхности шлака.

ЛОМ - ШИХТА

При использовании в качестве шихтового материала лома черных металлов необходимо помнить, что следует разбить крупные изделия на более мелкие части, чтобы шихты успели раствориться в сплаве при продувке. Для данного шихтового материала предъявляются аналогичные требования, что и для чугуна: низкое содержание серы, фосфора, а также ржавчины. Чаще всего около 27 % шихты составляет стальной лом, что позволяет придать отливаемому изделию такие свойства как повышенная прочность, устойчивость к коррозии.

3. сплавы на основе Al-Si силумины

Силумин[silumin]  общее название группы литейных сплавов на основе Al, содержащего 4 — 13 % Si, в некоторыхмарках до 23 %; обладают повышенной коррозионной стойкостью во влажной и в морской атмосферах.Эвтектический силумин (11,7 % Si), известный как сплав АЛ2, имеет невысокие механические свойства (σ_в =140—180 МПа, δ < 7 %), но малый температурный интервал кристаллизации, что позволяет получать из негоплотные герметичные отливки. Помимо двойных (простых) силуминов получили распространениеспециальные силумины, дополнительно легированные Mg, Cu, Ni, Ti, Be, обеспечивающие возможностьупрочнения их термообработкой. К специальными силуминам относят сплавы АЛ4, АЛ9, АЛ5, АЛ34, которыепосле термообработки имеют прочность значительно более высокую, чем сплав АЛ2. Так, сплав АЛ4 послезакалки от 535 °С и 15-ч старени при 175 °С имеет σ_в = 260—280 МПа, σ_0,2 = 180—200 МПа, δ > 4%. Дляулучшения структуры (измельчения кристаллов Si в эвтектике) и их свойств силумин часто используют,особенно при литье в земляные формы, их модифицировании добавками Na или Sr (0,01 — 0,02 %). Средилитейных АL-сплавов силумин является наиболее универсальным и широко используется и дляпроизводства мелких герметичных отливок (АЛ2), и для крупных сложной конфигурации корпусных отливокдвигателей и самолетов (АЛ9, АЛ4, АЛ34). 

Билет 18

1.Применение вакуума для улучшения качества стали

Улучшить качество металла можно уменьшением  в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.

Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов вследствие снижения их растворимости в жидкой стали при пониженном давлении и неметаллических включений.

Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу.

Вакуумирование в ковше эффективно проводить до раскисления сильными раскислителями – кремнием и алюминием. Углерод металла реагирует с кислородом, окись углерода откачивается, а с ней откачиваются азот и водород. В результате металл раскисляется без образования неметаллических включений и дегазируется.

При вакуумировании струи металла при переливе из ковша в ковш пустой ковш устанавливают в вакуумной камере, откачивают воздух. Подают к камере второй ковш с металлом. Металл из верхнего ковша через воронку переливают в нижний, при этом вакуум в камере не нарушается. Попадая в разреженное пространство, струя распадается на мелкие капли. Дегазация в вакууме раздробленной струи более эффективна по сравнению с вакуумированием металла в ковше.

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.

Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка, выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.

Расходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в корпус печи 1 и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления 0,00133 кПа. При подаче напряжения между расходуемым электродом 3 (катодом) и затравкой 8 (анодом) возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла 4, проходя зону дугового разряда, дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток 7. Дуга горит между электродом и жидким металлом 5 в верхней части слитка на протяжении всей плавки. Охлаждение слитка и разогрев жидкого металла создают условия для направленного затвердевания слитка. Следовательно, неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, усадочная раковина мала. Слиток характеризуется высокой равномерностью химического состава, повышенными механическими свойствами. Применяется для изготовления  деталей турбин, двигателей, авиационных конструкций. Масса слитков достигает 50 т.

Легирование чугуна хромом до 1 0 % повышает его механические свойства. Это связано с тем, что хром, при указанном содержании, улучшает структуру металлической основы чугуна, способствует сорбитизации перлита и измельчает графит. [2]

Легирование чугуна хромом до 1 % практически не изменяет его литейные свойства, однако при содержании свыше 1 % Сг заметно снижается жидкотекучесть и возрастает величина линейной усадки чугуна. [3]

2.Получение легированного чугуна.

Легирование чугуна небольшими добавками олова ( обычно не более 0 1 %) широко применяют в практике производства ЧШГ с перлитной структурой металлической основы. Присадка в чугун до 0 2 % олова приводит к уменьшению ударной вязкости и повышению твердости, особенно в чугуне с Si 2 5 %, хотя при этом форма графита и механические свойства металла не изменяются. Олово повышает износостойкость и коррозионную стойкость ЧШГ, способствует выравниванию механических свойств в различных по толщине сечениях отливок. [4]

Легирование чугуна 3 % никеля повышает его устойчивость к почвенной коррозии. [5]

Легирование чугунов алюминием способствует улучшению механических характеристик, коррозионной стойкости в агрессивных средах, содержащих С02, NH3, G1, в газообразной среде, содержащей серу, в расплавленном алюминии. 

Легирование чугуна малыми добавками хрома, никеля и титана способствует получению прочного сорбитообразного перлита и более равномерной и плотной структуры даже в отливках с различной толщиной стенок.

Легирование чугуна никелем приводит к увеличению его твердости, препятствуя вместе с тем образованию твердых карбидов железа и способствуя этим повышению износостойкости сплава. Однако последнее преимущество никелевого чугуна - увеличение износостойкости-требует еще серьезной проверки, так как достаточно убедительных опытов или наблюдений нет. Улучшаются некоторые механические качества таких чугунов: пределы прочности при растяжении и при изгибе могут быть присадкой Ni повышены на 30 / 0 и больше по сравнению с обычным перлитовым чугуном. Варьируя содержание Ni, можно изменять твердость чугуна в пределах НБ - 160 - г - 400, причем до твердости / / 250 обрабатываемость остается хорошей. Никелевый чугун обладает еще тем достоинством, что он не так чувствителен к различиям в толщине сопрягаемых стенок отливки, как обычный чугун. По этим причинам чугуны, легированные никелем или никелем и хромом, получили некоторое применение для изготовления станин станков почти всех типов, в том числе и таких, которые работают абразивным инструментом.

При легировании чугуна вольфрамом ударная вязкость для радиальных образцов снизилась незначительно, с а для тангенциальных образцов не изменилась. [7]

Применяют для легирования чугунов и сталей, используют в авиа - и автомобилестроении, производстве нитей для электроламп и др. Главный рудный минерал - молибденит, в рудах присутствуют пирит и халькопирит. [8]

Установлено, что легирование чугуна молибденом до 0 45 % приводит к повышению поверхностного натяжения и кинематической вязкости расплава, а также к росту прочностных характеристик твердого металла. Влияние ванадия понижает и физические свойства жидкого, и прочностные характеристики твердого чугуна. [9]

Для раскисления и легирования чугунов применяются различные ферросплавы, электротермические и доменные. [10]

Бор применяют также для легирования чугуна с целью уменьшения количества графита, увеличения глубины отбела, прочности и твердости. Для повышения твердости поверхности стали, содержащей бор, применяют плазменный, электролизный и другие способы упрочнения. [11]

Ванадий также применяется для легирования чугуна, в котором он задерживает графитизацию и тем самым стабилизирует цементит и измельчает структуру.

3.Общая характеристика шихты

Шихтовыми материалами или шихтой называют металлические и неметаллические материалы, используемые для приготовления литейных сплавов. К металлическим относятся доменные чугуны, лом черных и цветных металлов, возврат литейных и механических цехов (бракованные детали и отливки, литники, прибыли, брикитированная стружка и др.) и легирующие элементы (хром, никель, молибден, титан и др.), вводимые в шихту для получения отливок с заданными механическими свойствами.

К неметаллической части шихты относятся флюсы, применяемые для обравования и удаления из жидкого сплава легкоплавких шлаков.

Для приготовления расплава с требуемыми свойствами и, следовательно, для получения качественной отливки выполняют контроль шихтовых материалов на соответствие их требованиям стандартов и технических условий.Порядок контроля шихтовых материалов для плавки чугуна приведен в табл. 112.

Для литейных алюминиевых сплавов в качестве шихты используют металлы (алюминий, бериллий, ванадий, кремний, кальций, титан, литий и др.), а также лигатуры. Лигатуры представляют собой сплав алюминия с легирующим элементом, вводимым в требуемом количестве.

В состав шихты магниевых сплавов кроме первичных металлов и сплавов в чушках, возврата и лигатуры, вводят неметаллические легирующие добавки в виде солей (хлористого марганца, фторбериллата натрия, фторцирконата калия), флюсов, модификаторов (магнезит, мел, углекислый газ, гексахлорэтан). Флюсы при плавке магниевых сплавов предупреждают также окисление и возгорание твердой шихты.

Билет 19

1. Получение ковкого чугуна

Получение ковкого чугуна осуществляется следующим образом: сначала отливают детали из белого чугуна, после чего их подвергают отжигу в специальных печах. Отжиг изделий может производиться в нейтральной или окислительной среде. [1]

Для получения ковкого чугуна необходимо белый чугун нагреть до 950 - 1000 С и затем после длительной выдержки охладить с малой скоростью до обычной температуры. Структура ковкого чугуна характеризуется графитом в виде хлопьевидных включений. Такая форма включений графита ( по сравнению в чешуйчатыми включениями, характерными для серого чугуна) в меньшей степени снижает механические свойства ковкого чугуна. Для получения ковкого чугуна с высокими механическими свойствами необходимо, чтобы содержание углерода в нем было минимальным. Содержание углерода в белом чугуне колеблется в пределах 2 2 - 3 2 %; при содержании 2 2 % С ухудшаются технологические свойства чугуна. Для получения ковких чугунов отливки из белых чугунов подвергают графитизирующему отжигу в отжигательных печах. Ковкие чугуны, так же как и серые, имеют структуру, состоя - щую из стальной основы и выделений графита. Разница только в; том, что в ковких чугунах он выделяется в процессе отжига. [4]

Для получения высококачественного ковкого чугуна необходимо обеспечить низкое содержание углерода и кремния, определяющее структуру основной металлической массы, количество и форму графита в чугуне. [5]

Для получения ковких чугунов повышенной прочности и износоустойчивости применяются специальные режимы термической обработки белого чугуна. [6]

Процесс получения ковкого чугуна ( при отжиге без окисле ния углерода) состоит в длительном нагревании отливок из белого чугуна до более или менее полного выделения связанного углерода в виде графита. При отжиге с окислением чугун засыпают при томлении окалиной или рудой. Содержащийся в руде или окалине кислород диффундирует в горячий металл и окисляет преимущественно углерод чугуна, диффундирующий в свою очередь по направлению к поверхности. [7]

Процесс получения ковкого чугуна длителен и дорог, этим и объясняется ограниченное распространение его в промышленности.Способ получения ковкого чугуна также отличается от способа получения серых ( литейных) чугунов. Ковкий чугун образуется путем длительного нагрева и выдержки белого чугуна при высоких температурах.  При получении ковкого чугуна без окисления углерода отливки из белого чугуна помещают в жароупорные ящики, засыпают песком и медленно нагревают приблизительно до 900 - 1000, выдерживают при этой температуре до 25 час. Особенно медленное охлаждение ( 10 град / сек) дают при переходе через критическую точку А ( от 740 до 680), для того чтобы весь цементит разложился и структура отожженного чугуна представляла феррит с графитом в форме углерода отжига в крупных скоплениях. Вследствие этого количество выделившегося углерода отжига оказывается сравнительно малым. Выплавка чугуна с таким низким содержанием углерода может производиться в электрических или пламенных печах, благодаря его относительно высокой температуре плавления.  При получении ковкого чугуна с окислением углерода содержание последнего допускается в исходном белом чугуне в большем количестве - до 3 3 %, так как часть его выгорает. Во внутренних слоях, в центре наблюдается феррито-перлйтная или даже одна перлитная структура. Графитных включений при этом способе отжига в чугуне меньше, а тонкостенные мелкие отливки могут даже получить сплошную ферритную основу.

2.Графитообразование в чугунах

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие углерода свыше 2,0%. Распространенные марки чугунов обычно содержат 2,5-4% углерода, 1-4,5% кремния, 0,2-1,5% марганца, примесь фосфора и серы.

Углерод в чугуне находится либо в химически связанном состоянии (карбиды железа в виде ледебурита, первичного и вторичного цементита), либо в свободном состоянии, т. е. в виде графита. Поэтому структура чугуна зависит от количества углерода, находящегося в химически связанном состоянии, и может быть: перлито-графитовая, феррито-графитовая, феррито-перлито-графитовая.

Чугуны различают по структуре, способам изготовления, химическому составу и назначению. В зависимости от структуры различают белый и серый чугун.

Белые чугуны содержат в основном углерод, находящийся в виде цементита. Эти чугуны очень хрупки, тверды, применяются редко и сварке не подлежат.

Серые чугуны содержат в своем составе углерод в виде структурного свободного графита. В зависимости от формы свободного углерода различают три вида серых чугунов: серый чугун с пластинчатым графитом, характеризующийся низкой пластичностью и прочностью; серый чугун с графитом завихренной или глобулярной формы (модифицированный чугун); ковкий чугун - чугун, имеющий форму графита в виде хлопьев.

По способу изготовления различают отливки из обычного и отливки из модифицированного чугуна. По химическому составу чугуны бывают нелегированные и легированные. Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и от содержания в нем углерода и легирующих примесей 

3.Углеродистые литейные стали

 Стали по химическому составу делят на углеродистые и легированные. Углеродистые стали, в свою очередь, бывают обыкновенного качества, качественные конструкционные (для машиностроения и наиболее ответственных конструкций) и инструментальные (для изготовления режущих инструментов, штампов,   матриц).   Легированные  стали   выпускают   конструкционные,   инструментальные  и  специального  назначения,   отличающиеся некоторыми специфическими свойствами.

Стали, применяемые для строительных целей, различаются по качеству, назначению и способу выплавки (мартеновская или конвертерная).

По качеству и назначению сталь бывает: углеродистая обыкновенного качества: углеродистая горячекатаная для мостостроения; углеродистая толстолистовая и широкополосная, термически обработанная; углеродистая качественная конструкционная для железнодорожных и крановых рельсов; низколегированная конструкционная.

В зависимости от способа обработки строительные стали делят на три группы: I — горячего проката ( 9.3), II — холодной вытяжки (выпускается в виде высокопрочной холоднотянутой проволоки круглого и периодического профиля, а также в виде холоднотянутой проволоки обыкновенного качества); III — комбинированной обработки — гнутые профили.

Сталь углеродистая обыкновенного качества находит основное применение в строительстве. Она представляет собой сплав железа с углеродом. В ней присутствуют кроме углерода (0,06...0,62%) примеси кремния, марганца. Наиболее нежелательно присутствие фосфора, который вызывает хрупкость стали при низких температурах (хладноломкость), и серы при высоких

температурах.

В зависимости от назначения и гарантируемых механических характеристик сталь углеродистую обыкновенного качества делят на две группы и одну подгруппу: группа А — поставляемая по механическим свойствам; группа Б — поставляемая по химическому составу; подгруппа В — поставляемая по механическим свойствам с дополнительными требованиями по химическому составу. Для строительных целей используют в основном сталь группы А.

Углеродистые стали обыкновенного качества применяют без термообработки. Углеродистую сталь обыкновенного качества группы А производят следующих марок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб и Ст7. С увеличением содержания углерода марка стали повышается, растут прочность и твердость, снижаются пластичность и ударная вязкость.

Сталь группы Б изготовляется тех же марок, что и сталь группы А, но перед маркой стали ставят букву Б (БСтО, БСт1). Сталь группы В   изготовляют марок ВСт2, ВСтЗ, ВСт4 и ВСт5.

В легированных сталях в качестве легирующих веществ применяют кремний — С, хром — X, никель — Н, молибден—М, марганец — Г, вольфрам — В, алюминий — А, медь — Д, кобальт — К. Обозначение мерки легированной стали, например 25ХГ2С, используемой для арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций, показывает, что в ней содержится 0,25% углерода, 1% хрома, 2% марганца и 1 % кремния. Таким образом, первые две цифры в обозначении марки стали показывают содержание углерода в сотых долях процента, а остальные цифры — содержание легирующего элемента, стоящего перед цифрой в целых процентах. При маркировке высококачественной легированной стали (с низким содержанием серы и фосфора) в конце ставится буква А. Например, ЗОХМА — легированная хромомолибденовая сталь высокого качества.

Билет 20

1.Сплавы на основе системы Al-Cu

Особую роль в промышленности играют термически упрочняемые сплавы системы Al-Cu (дуралюмин). Наряду со сравнительно высокими значениями прочностных характеристик эти сплавы обладают хорошей пластичностью, в том числе высокой технологической пластичностью.

Системе Al-Cu присуща хорошая работоспособность при низких температурах. С понижением температуры одновременно растут прочностные характеристики и пластичность. Сплавы хорошо свариваются в сочетании с высокой работоспособностью сварных соединений при низких температурах.

По сравнению со сплавами других систем сплавы Al-Cu мало чувствительны к концентраторам напряжения. Вместе с тем данные сплавы успешно работают в интервале температур до +2500^o С.

К недостаткам сплавов Al-Cu следует отнести их низкую общую коррозионную стойкость. Хотя после термической обработки (закалка +искусственное старение) они имеют удовлетворительную коррозионную стойкость под напряжением. В связи с этим требуется надежная защита конструкции от климатических воздействий и воздействий агрессивной среды. В настоящее время разработана и с успехом применяется система коррозионной защиты. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхность плакируют чистым алюминием.

Для машиностроения сплавы этой группы приобретают особую важность. Они необходимы при изготовлении емкостей для жидкого кислорода и водорода. Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторых деталей турбореактивных двигателей.

2.Металлические шихтовые материалы

Шихтовыми материалами или шихтой называют металлические и неметаллические материалы, используемые для приготовления литейных сплавов. К металлическим относятся доменные чугуны, лом черных и цветных металлов, возврат литейных и механических цехов (бракованные детали и отливки, литники, прибыли, брикитированная стружка и др.) и легирующие элементы (хром, никель, молибден, титан и др.), вводимые в шихту для получения отливок с заданными механическими свойствами.

К неметаллической части шихты относятся флюсы, применяемые для обравования и удаления из жидкого сплава легкоплавких шлаков.

Для литейных алюминиевых сплавов в качестве шихты используют металлы (алюминий, бериллий, ванадий, кремний, кальций, титан, литий и др.), а также лигатуры. Лигатуры представляют собой сплав алюминия с легирующим элементом, вводимым в требуемом количестве.

В состав шихты магниевых сплавов кроме первичных металлов и сплавов в чушках, возврата и лигатуры, вводят неметаллические легирующие добавки в виде солей (хлористого марганца, фторбериллата натрия, фторцирконата калия), флюсов, модификаторов (магнезит, мел, углекислый газ, гексахлорэтан). Флюсы при плавке магниевых сплавов предупреждают также окисление и возгорание твердой шихты.

При подготовке шихты для медных сплавов сыпучую и витую стружку после дробления подвергают центрифугированию с целью удалить влагу, эмульсию, масло. При центрифугировании стружку промывают раствором, содержащим 6% жидкого стекла, 4% фосфорнокислого калия, 0,5% хромовокислого калия, 1% едкого натра, 88,5% воды. Затем стружку просушивают при 200—300° С, удаляют из нее при помощи магнитного сепаратора мелкие железные включения и производят ее брикетирование.

3.Влияние элементов на структуру и свойств конструкционных чугунов

Блин прости я не нашла.