Технология конструкционных материалов

2.8. Технология изготовления изделий методом порошковой металлургии

Рассматривая порошковую металлургию как технологический метод, надо отметить его основную особенность – использование исходного сырья в виде порошков. Основные этапы применения этого метода: получение и подготовка порошков, формообразование изделий прессованием, термическая обработка или спекание спрессованных изделий. При этом технологический процесс на каждом этапе формирует определенные свойства получаемых изделий. Например, на первом этапе формируются текучесть, прессуемость, спекаемость материала. Рассмотрите влияние на них различных факторов.

Основные способы формообразования изделий из порошков – прокатка и прессование, имеющие ряд разновидностей. Обратите внимание на положительные и отрицательные стороны способов прессования, так как от этого зависят особенности конструкции деталей.

Завершающая операция – спекание изделий – производится для получения необходимой прочности изделий.

Технология порошковой металлургии позволяет получать детали с уникальными свойствами: высокими твердостью и износостойкостью, специальными электрическими и электромагнитными свойствами, с низкими или высокими коэффициентами трения, высокой пористостью.

2.9. Технология изготовления изделий из композиционных материалов

Изучая курс «Технология конструкционных материалов», необходимо обратить внимание на то, что обычные конструкционные материалы на основе металлов, полимеров и неорганических веществ не всегда удовлетворяют требованиям, которые предъявляет к материалам космическая техника, авиация, автомобилестроение, химическая промышленность и т.д.

41

С целью совершенствования современных и разработки принципиально новых конструкций в последнее время широко стали использоваться композиционные материалы (КМ), которые обладают комплексом свойств, отличающихся от традиционных конструкционных материалов. Композиционные материалы могут быть двух- и многокомпонентными, на металлической, керамической, углеродной и полимерной основе (матрице). Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композиции и ее эксплуатационные характеристики. Армирующие или упрочняющие компоненты, равномерно распределенные в матрице, определяют механические характеристики композиционных материалов. Свойства композиционных материалов зависят также и от прочности связи между компонентами.

Поскольку композиционные материалы – это новые конструкционные материалы, в которых механические нагрузки несет арматура, выполненная из специально приготовленных высокопрочных материалов, а матрица (то, в чем находится арматура) только перераспределяет нагрузки и контактирует с рабочей средой, то при изучении раздела необходимо обратить внимание на следующее:

1)матрица может быть металлической, неорганической (например, оксиды, карбиды и т.п.) и органической (например, полимеры);

2)арматура также может быть выполнена из этих материалов. Следовательно, возможны самые различные сочетания материалов матрицы и арматуры.

Получение качественных КМ возможно только в том случае, когда выполняются условия совместимости материалов матрицы и арматуры, поэтому обратите внимание на виды совместимости и производственные приемы, повышающие совместимость материалов.

Для изготовления КМ необходимо получить армирующие волокна. Рассмотрите способы изготовления металлических проволок, используемых в качестве арматуры, нитевидных монокристаллов, непрерывных керамических волокон, карбидокремниевых волокон, борных и углеродных волокон.

После того как познакомились с методами получения армирующих волокон, переходите к изучению способов получения КМ.

42

Разбирая способы получения КМ на основе металлов (алюминия, магния, титана, меди и ее сплавов), работающих при повышенных температурах, изучите способы введения арматуры в матрицу.

При изучении раздела, связанного с получением КМ на основе полимерных материалов, обратите внимание на их технологичность, возможность совмещения в едином цикле получения КМ

идетали, относительную дешевизну, высокую удельную прочность

иупругие характеристики, стойкость к воздействию агрессивных сред, хорошие антифрикционные и фрикционные свойства, высокие теплозащитные и амортизационные свойства. Среди этой группы КМ рассмотрите более внимательно материал, относящийся к стеклопластикам, в том числе к стеклам, которые используются для изготовления стеклянных волокон.

Обратите внимание на углерод-углеродные композиции, на способы изготовления углеродных волокон и получение армированных углеродными волокнами углеродных матриц, использование углерод-углеродных КМ в авиации и космической технике.

Рассмотрите получение полимерных КМ, армированных углеродными волокнами.

3.МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ

ИОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Контрольную работу выполняют в отдельной тетради объемом 24 листа. Работа, выполненная непо своему варианту, непринимается.

Задание следует выполнять в виде ответов на поставленные вопросы. Ответы должны быть краткими, точными и не повторять текст учебника или учебных пособий.

Выполняя расчеты, вначале приведите буквенное выражение с расшифровкой входящих в него обозначений, а затем подставьте цифровые величины и выполните расчет с точностью до одного знака после запятой.

Графические работы выполняют карандашом с использованием чертежных инструментов, соблюдая ГОСТы и требования ЕСКД.

43

Прилагать к выполненным работам фотографии и другие копии из учебников не разрешается.

При оформлении работы оставьте поля для замечаний рецензента. Страницы и рисунки пронумеруйте. В конце выполненного контрольного задания приведите список использованной литературы, укажите дату выполнения работы и поставьте свой шифр и подпись.

После рецензирования работы изучите замечания рецензента и приведите на них письменные ответы в конце тетради. Исправления в тексте рецензии не допускаются. Если работа не зачтена, то после ответа на замечания она посылается наповторноерецензирование.

3.1.Методические указания

квыполнению контрольной работы

Первый вопрос задания относится к теме «Основы металлургического производства». Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо изучить методические указания и литературу по этому разделу, а также сделать анализ способов производства стали, исходных материалов и способов разливки.

Второй вопрос относится к теме «Литейное производство». Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо изучить теоретические основы литейного производства. Сравните технологические процессы способов литья. Подробно опишите способы, указанные в задании.

Третий вопрос относится к теме «Обработка металлов давлением». Для ответа на этот вопрос изучите материал по методическим указаниям и литературе. Подробно опишите способы обработки давлением и сравните технологии обработки.

Четвертый вопрос относится к теме «Получение неразъемных соединений». Для ответа на этот вопрос изучите методические указания и литературу по этому вопросу. Подробно опишите указанные в задании способы, их физическую сущность. Используя изученный материал, выберите виды сварных соединений, соответствующие указанным способам сварки.

Пятый вопрос относится к теме «Обработка металлов резанием». Изучите литературу и методические указания по этой теме.

44

Подробно опишите указанный в задании способ обработки, приведите схему обработки. Укажите применяемые инструменты и материалы, из которых они изготавливаются.

Шестой вопрос относится к теме «Изготовление деталей из неметаллических и композиционных материалов». Для ответа на этот вопрос изучите литературу и методические указания. Опишите, что представляют собой эти материалы. Опишите свойства и структуру полимера. Приведите примеры. Подробно опишите указанный в задании способ получения изделий, приведите схему этого процесса.

3.2. Контрольные задания

Вариант 1

1.Сравните производство стали в индукционной и дуговой электропечах по составу и состоянию шихтовых материалов, периодам плавки, условиям удаления из металла фосфора и серы и степени раскисления ванны.

2.Сравните литье в песчаные и оболочковые формы по качеству отливок и особенностям их технологии. Приведите схемы этих процессов.

3.Опишите факторы, влияющие на пластичность материала при обработке давлением. Сравните прокатку и прессование. Приведите схемы указанных способов обработки, укажите применяемый инструмент и оборудование.

4.Опишите технологию газовой сварки. Почему при газовой сварке в шве и околошовной зоне образуется крупное зерно? Каковы основные требования к металлу, разрезаемому кислородной резкой?

5.Опишите факторы, влияющие на размерную точность обрабатываемых поверхностей. Перечислите группы инструментальных материалов. От чего зависит выбор абразивного инструмента? Выберите абразивный инструмент для обработки внутренней поверхности заготовки из высокопрочной стали.

6.От чего зависит выбор способа изготовления изделия из пластмасс? Приведите пример и схему процесса.

45

Вариант 2

1.Рассмотрите способы разливки стали, опишите строение слитка

иукажите его основные дефектыв зависимостиотспособаразливки.

2.Сравните литье в постоянные и разовые формы по качеству отливок и особенностям технологии.

3.Сравните холодную и горячую обработку давлением. Укажите, как выбирается температурный режим при горячей обработке давлением. Опишите один способ холодной обработки давлением с приведением схемы.

4.Опишите основные электрические и тепловые свойства электрической дуги. В чем заключаются преимущества автоматической дуговой сварки под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами?

5.Опишите разновидности токарной обработки и применяемый инструмент. Приведите основные схемы токарной обработки. Дайте определение скорости главного движения резания и движения подачи, укажите их на схемах токарной обработки. Опишите влияние этих параметров на качество поверхности.

6.В каких состояниях могут находиться полимеры? От чего зависит состояние и на что оно влияет?

Вариант 3

1.Опишите преобразование руды красного железняка в жидкий чугун (от колошника до лещади печи) и укажите зоны соответствующих превращений, их температурные интервалы и физикохимическую сущность.

2.Сравните литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям по качеству отливок и особенностям их технологии.

3.Опишите факторы, влияющие на пластичность материала при обработке давлением. Сравните прессование и волочение как способы получения машиностроительных профилей. Приведите схему принципиального устройства и опишите принцип работы применяемых волочильных станов.

4.Опишите способы электродуговой сварки. Сделайте анализ качества сварного шва в зависимости от способа сварки. Выберите

46

способы сварки углеродистой стали 10, высоколегированной стали 12Х18Н10Т, алюминия.

5. Опишите особенности процесса резания при сверлении и сравните их с особенностями при точении. Для чего применяют зенкерование и развертывание? Приведите схемы этих процессов.

6. Почему термореактивные полимеры необратимо твердеют при определенных условиях? Что изменяется в строении таких полимеров и на что влияет затвердевание полимеров?

Вариант 4

1.Проследите изменение состава газа в доменной печи от фурм до колошника в зависимости от взаимодействия с материалами шихты и от физико-химических превращений.

2.Изложите сущность литья под давлением с указанием применяемого оборудования. Сравните данный способ литья с литьем

вкокиль. Приведите схемы рассматриваемых способов.

3.Опишите процесс получения проволоки диаметром 1 мм (от слитка до мотка) с характеристикой устройства и промежуточных операций.

4.Опишите физическую сущность сварки давлением. Сравните диффузионную и ультразвуковую сварки. Нарисуйте схемы этих процессов. Опишите оборудование и область применения.

5.Опишите характеристики фрезерования. Приведите схемы обработки заготовок на фрезерных станках и укажите применяемый инструмент. Опишите фрезерование прямоугольных пазов и фасонных пазов.

6.В чем заключается сущность процесса каландрования при изготовлении изделий из пластмасс? Когда используется этот способ? Из каких пластмасс могут быть получены изделия этим способом?

Вариант 5

1. Сравните производство сталей в конвертерах и дуговых печах по составу шихтовых материалов, их состоянию, по ходу химических реакций, времени процессов и качеству получаемой стали.

47

2.Опишите дефекты, встречающиеся при различных способах литья. Укажите причины возникновения внутренних напряжений

итрещин в отливках и методы борьбы с ними.

3.Опишите основные преимущества и недостатки обработки металлов давлением по сравнению с производством литых деталей.

4.Опишите способы электроконтактной сварки. По каким критериям оценивается качество сварного соединения? Выберите способ электроконтактной сварки для следующих заготовок: пруток диаметром 0,20 мм и пруток диаметром 10 мм (материал – Сталь 45).

5.Опишите обработку заготовок на строгально-протяжных станках. Сравните эту обработку с методом точения. Приведите схемы и укажите, какой инструмент используется.

6.Опишите, какими способами могут быть получены изделия из термореактивных пластмасс. Приведите схемы получения изделий из таких пластмасс.

Вариант 6

1.Объясните необходимость раскисления стали в металлургическом производстве, укажите условия и методы проведения этой операции при разных способах производства стали.

2.Изложите сущность видов центробежного литья и укажите его преимущества и недостатки по сравнению с литьем в разовые формы. Приведите схемы данных способов.

3.В чем заключается сущность прессования? Каковы преимущества и недостатки прямого и обратного методов этого процесса? Приведите схемы обоих методов.

4.Опишите разновидности дуговой сварки в защитных газах. Как выбрать режим сварки в защитных газах? Опишите преимущества и недостатки сварки в защитных газах по сравнению со сваркой под флюсом.

5.Опишите один из методов обработки резанием – фрезерование. Укажите параметры, характеризующие процесс фрезерования. Приведите инструмент. Какому инструменту отдается предпочтение при обработке плоских поверхностей и почему?

48

6. Опишите способы изготовления изделий из пластмасс в высокоэластичном состоянии, приведите примеры и схемы получения изделий из таких пластмасс.

Вариант 7

1.Рассмотрите способы нагревания шихты в металлургических процессах производства чугуна и стали. Объясните цели этого подогрева.

2.Сравните литье в песчано-глинистые формы и литье под давлением по качеству, особенностям технологии, конструкции отливок

ихарактерным видам брака. Приведите схемы процессов.

3.Сравните способы получения заготовок обработкой давлением: прокатку, прессование, волочение. Приведите схемы указанных способовобработки, укажитеприменяемыйинструмент иоборудование.

4.Опишите классификацию видов сварки. Покажите вид сварного шва, укажите зоны. Опишите формирование структуры сварного шва. Назовите возможные дефекты в сварном соединении, причины их образования. Опишите особенности сварки заготовок из сталей, закаливающихся на воздухе.

5.Опишите способы отделочной обработки поверхности детали. При каких условиях тонкое обтачивание может заменить шлифование? Для каких деталей наиболее целесообразна абразивножидкостная отделка?

6.Опишите способы получения изделий из термопластичных пластмасс, приведите их схемы, обоснуйте выбор каждого способа.

Вариант 8

1.Сопоставьте поведение серы и фосфора в доменной плавке

ив различных процессах передела чугуна и стали.

2.Сравните два способа получения отливок: литье в песчаносмоляные (оболочковые) формы и литье по выплавляемым моделям. Укажите влияние способа на качество отливок. Приведите схемы указанных способов.

3.Сравните ковку и штамповку как способы получения поковок. Приведите схемы процессов. Опишите разновидности штампов

идайте их сравнительную характеристику.

49

4.Опишите технологические особенности сварки низколегированных сталей, титановых сплавов. Какие виды сварки и сварочные материалы применяют для указанных материалов?

5.Опишите и приведите основные схемы шлифования. Поясните явление самозатачивания. Опишите износ и правку шлифовальных кругов. Чем определяется стойкость шлифовального инструмента?

6.В каких случаях используется способ прессования для получения изделий из реактопластов? Что такое реактопласты и можно ли из них получать изделия другими способами? Приведите схемы процессов.

Вариант 9

1.Рассмотрите сущность одной из операций порошковой металлургии – спекания. Какие условия необходимо создавать при спекании? Как при спекании можно повысить плотность получаемого изделия?

2.Что такое литниковая система? Нарисуйте литейную форму

вразрезе и укажите элементы литниковой системы с описанием их функций. Сравните способы литья (литье в песчаные формы, литье по выплавляемым моделям, литье в кокиль, литье под давлением) по свойствам литейной формы и по материалу литейного стержня.

3.Охарактеризуйте горячую обработку давлением, опишите процессы, происходящие в металле при данной обработке. Приведите сравнительную характеристику устройства, работы и областей применения камерных и методических нагревательных печей.

4.Опишите сущность процесса и материалы для пайки. Всегда ли при пайке прочность соединения равна прочности припоя? Перечислите основные требования к припоям и флюсам.

5.Какими способами можно улучшить качество обработанной поверхности и точность размеров детали?

6.В чем отличие вакуумного и пневматического формования пластмасс? Приведите схемы процессов и укажите, какие изделия и из каких пластмасс могут быть получены этими способами.

50