- •С.П. Шатило,. М.С. Бахарев, с.В.Кучеров, г.Ф. Бабюк методическое руководство
- •Технология конструкционных материалов Нижневартовск 2004
- •Предисловие
- •Лабораторная работа № 1 Анализ фазовых равновесий в системе железо-углерод
- •1. Основные теоретические представления
- •2. Анализ диаграммы состояния железо-цементит
- •Исходные данные для анализа процесса кристаллизации железоуглеродистых сплавов в равновесных условиях
- •6. Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 2 Влияние холодной пластической деформации и рекристаллизации на структуру и свойства металлов и сплавов
- •1. Основные теоретические представления
- •1.1. Влияние холодной пластической деформации на структуру и свойства металлов.
- •1.2. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.
- •2. Порядок выполнения работы
- •2.1. Вариант 1 - Создание холодной пластической деформации катодом сжатия на прессе ип-500.
- •Влияние степени холодной пластической деформации на твердость исследуемого материала
- •Влияние нагрева на твердость материала после холодной пластической
- •2.2. Вариант II - Создание холодной пластической деформации на приборе Бринелля.
- •Влияние степени холодной пластической деформации на твердость малоуглеродистой стали
- •Влияние температуры отжига на твердость холоднодеформированной малоуглеродистой стали
- •3. Требования к отчету.
- •5. Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 3 Обработка металлов давлением
- •1. Основные теоретические представления
- •Подготовка машины к испытаниям и порядок работы
- •2. Порядок выполнения работы
- •Размеры исходной заготовки и расчетные данные по режиму осадки
- •Результаты, полученные после осадки по режиму, предусмотренному в таблице 1
- •3. Содержание отчета
- •2. Методика выполнения работы
- •3.Содержание отчета
- •1.Основные теоретические представления
- •1.1.Выбор способа формовки и поверхности разъема формы
- •1.2. Разработка чертежа отливки
- •3. Составление чертежа модели
- •4.Составление чертежа стержневого ящика
- •5. Выбор типа и определение размеров литниковой системы
- •6. Определение размеров опок
- •7. Составление чертежа «форма в сборе»
- •8. Оформление работы
- •9. Рекомендуемый библиографический список
- •Приложение Эскизы деталей к заданию по теме « Технология изготовления литейной формы»
- •Лабораторная работа № 6 Определение режима ручной дуговой сварки
- •Сущность ручной дуговой сварки
- •Задание по лабораторной работе
- •Методика расчета режима ручной дуговой сварки
- •2. Рассчитать силу сварочного тока.
- •3. Определить массу наплавленного металла.
- •5. Определить основное время на сварку по формуле
- •5.Подсчитать количество электроэнергии, идущей на сварку:
- •Лабораторная работа № 7 Микроструктура сварных соединенийнизкоуглеродистой стали Цель работы
- •1. Основные теоретические представления
- •2. Микроструктурный анализ сварных соединений низкоуглеродистой стали
- •3. Методика выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 8 Контактная точечная сварка
- •Основные теоретические представления
- •Точечная сварка, физическая сущность процесса (рис. 1)
- •1.1. Свариваемость различных металлов и сплавов
- •1.2. Оборудование для контактной сварке
- •1.3. Аппаратура управления машинами
- •1.4. Электроды контактных машин
- •2. Технология контактной сварки
- •Технические характеристики универсальных машин для точечной сварки
- •Технические характеристики подвесных машин для точечной сварки
- •Технические характеристики точечных машин постоянного тока и конденсаторных
- •Технические характеристики регуляторов цикла точечной и рельефной сварки
- •Технические характеристики тиристорных контакторов
- •Технические характеристики сплавов для электродов контактных машин
- •Электроды прямые для контактных точечных машин (гост 14111 -77)
- •С увеличением числа одновременно свариваемых заготовок снижается качество сварного соединения. В связи с этим в ответственных конструкциях рекомендуется одновременно сваривать не более двух заготовок.
- •Режимы точечной сварки углеродистых сталей
- •Режимы точечной сварки коррозионно-стойких сталей
- •Режимы точечной сварки высокопрочных алюминиевых сплавов на конденсаторных машинах
- •Режимы одноимпульсной рельефной сварки тонколистовой низкоуглеродистой стали
- •Дефекты точечной и шовной сварки
- •5. Порядок проведения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •2. Задание по лабораторной работе
- •Индивидуальные задания для расчета
- •Методика расчета режима автоматической сварки под флюсом
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 10 Восстановление деталей электродуговой металлизацией
- •Основные теоретические представления об электродуговой металлизации
- •3. Необходимое оборудование, инструменты и материалы
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Указания по охране труда
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 11 Определение прочности электрометаллизационных покрытий на плоских и цилиндрических деталях
- •1.Основные теоретические представления
- •2. Необходимое оборудование, инструменты и материалы
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Примеры определения прочности металлического покрытия на плоской детали
- •4. 1 . Пример 1
- •4.2. Пример 2.
- •5. Примеры определения прочности металлических покрытий на наружной поверхности цилиндрической детали
- •5.1. Пример
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Характеристики шероховатости обрабатываемой поверхности
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 12 Восстановление изношенных деталей вибродуговой наплавкой
- •1.Основные теоретические представления
- •Расчет параметров режима вибродуговой наплавки
- •2. Контрольные вопросы
- •1Об.Шп → об.Реечн.Колеса,
- •Цепь главного движения
- •Цепь продольных подач
- •Цепь поперечных подач
- •Набор сменных шестерен для нарезки метрической резьбы
- •1.2. Расчет рациональных режимов резания
- •Точность и качество поверхности при обтачивании наружных цилиндрических поверхностей
- •Подачи при черновом наружном точении резцами с пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали
- •Подачи, мм/об, при чистовом точении
- •Значения коэффициента и показателей степени в формулах скорости резания
- •Коэффициент , учитывающий качество обрабатываемого материала при обработке стали быстрорежущими резцами
- •Коэффициент , учитывающий качество обрабатываемого материала твердосплавными резцами
- •Коэффициент , учитывающий качество материала при обработке медных и алюминиевых сплавов
- •Коэффициент , учитывающий влияние поверхности заготовки
- •Коэффициент , учитывающий влияние инструментального материала
- •Режимы резания при тонком точении
- •Режимы резания при точении закаленной стали резцами с пластинами из твердого сплава
- •Значения коэффициента Ср и показателей степени в формулах силы резания при наружном точении
- •Коэффициент , для стали, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала
- •Коэффициент , учитывающий качество обрабатываемого материала при обработке медных и алюминиевых сплавов и чугуна
- •1.3. Пример расчета рациональных режимов резания
- •Коэффициенты Кφр, Кγр, Кλр, Кrp учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента
- •5. Определяем действительную скорость главного движения резания,
- •6. Определяем мощность, затрачиваемую на резание,
- •9. Определяем тангенциальную силу резания,
- •10. Определяем мощность, затрачиваемую на резание,
- •11. Определяем основное время (мин),
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Индивидуальное задание
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 14 Устройство токарно-винторезного станка
- •1. Основные теоретические представления
- •2.Определение основных паспортных данных станка
- •5. Механизмы главного движения
- •6. Механизмы движения подачи
- •3. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15 Геометрия режущего инструмента Цель работы
- •Основные теоретические представления
- •1.1. Токарный проходной резец
- •1.1.1. Поверхности резания
- •Элементы токарного проходного резца
- •Координатные плоскости для определения углов
- •Углы токарного резца
- •1.1.5. Измерение углов токарного резца
- •2.1. Спиральное сверло
- •2.1.1. Элементы и углы спирального сверла
- •2.2.1.Определение углов спирального сверла
- •3.1. Цилиндрическая фреза
- •3.1.1. Элементы и геометрия цилиндрической фрезы
- •3.2.1. Измерение углов цилиндрической фрезы.
- •Приложение
- •1.2.. Определение углов и размеров токарного проходного резца
- •1.3. Материалы для изготовления режущих инструментов
- •Лабораторная работа № 17 Обработка металлов резанием
- •1.Основные теоретические представления
- •Общие сведения по механической обработке деталей машин
- •2. Содержание задания на реферат и порядок его оформления
- •3. Рекомендуемый библиографический список
- •Приложение
- •Основные виды и способы пайки
- •Материалы для пайки
- •Типы паяных соединений
- •Краткое описание источника нагрева, припоя и флюса, применяемых для пайки образцов
- •Последовательность подготовки и пайки образцов
- •Определение прочности паяного соединения
- •2. Порядок выполнения работы
- •3. Требования к отчету
- •4. Контрольные вопросы
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 19
- •Классификация и технологические свойства пластмасс.
- •Технология получения изделий из пластмасс
- •Физико-механические свойства пластмасс
- •Оборудование и приборы
- •Порядок выполнения работы
- •4. Контрольные вопросы
- •5 Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 20 "Изнашивание полимеров при трении скольжения" Цель работы
- •Основные теоретические представления.
- •2. Порядок выполнения лабораторной работы.
- •2.1. Приборы, принадлежности, образцы
- •2.2. Сборка и установка узла трения
- •2.3. Работа установки
- •3.4. Обработка результатов измерений
- •3. Контрольные вопросы
- •4. Рекомендуемый библиографический список
- •Содержание отчета
- •Приложения
- •Лабораторная работа № 21
- •3. Основные теоретические представления
- •4. Основные схемы обработки и элементы рехима резания при шлифовании
- •5. Устройство круглошлифовального станка.
- •6. Устройство плоскошлифовального станка
- •7. Определение некоторых паспортных данных круглошлифовального станка
- •8. Определение некоторых паспортных данных плоскошлифовального станка
- •9.Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка
- •Варианты заданий для расшифровки маркировки шлифовального круга
- •10. Режимы резания при шлифовании
- •10.1 Выбор шлифовального круга
- •10.2 Припуски на обработку
- •10.3. Расчет режима резания при круглом шлифовании с продольной подачей
- •10.4 Определение основного времени при круглом шлифовании
- •10.5 Расчет режима резания при плоском шлифовании периферией круга
- •10.6. Определение основного времени при плоском шлифовании
- •10.7. Пример расчета режима резания и основного времени при круглом шлифовании
- •10.8. Пример расчета режима резания и основного времени при плоском шлифовании
- •11. Содержание отчета
- •12. Контрольные вопросы
- •13. Рекомендуемый библиографический список
- •Лабораторная работа № 22 "Определение смазочной способности индустриальных масел" Цель работы
- •1. Основные теоретические представления
- •2. Приспособления, приборы, материалы
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Содержание отчета
- •5. Контрольные вопросы
- •6. Рекомендуемый библиографический список
- •Оглавление
3. Содержание отчета
Цель работы. Краткие теоретические сведения с рисунками схем деформации. Затем дается описание последовательности операций до и в процессе осадки. Все расчетные и фактические данные заносятся в таблицы 1 и 2. Сами расчеты показываются в отчете. В заключение проводится краткий анализ полученных опытных данных.
4. Рекомендуемый библиографический список
1. Л.И. Безручко: Обработка металлов давлением, М. Машиностроение
2. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1984. - 360 с.
3. И.Я. Терновский: Свободная ковка на прессах, М. Машиностроение.
4. Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева: Материаловедение, М. Машиностроение, 1999, 528с.
5. Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман: Материаловедение и технологияметаллов, М.Высшая школа 2002, 63
Лабораторная работа № 4
Определение жидкотекучести литейных сплавов
Цель работы
Изучить методику определения жидкотекучести.
Изучить влияние состава на жидкотекучесть литейных сплавов.
Оборудование, материалы:
Литейная форма.
Плавильная печь.
Сплавы с различным содержанием компонентов.
1. Основные теоретические представления
Производительность и качество изготовления деталей зависит от технологичности материала. Технологические требования направлены на обеспечение наименьшей трудоемкости изготовления деталей и конструкций. Одно из важных технологических свойств металлов - это возможность получать отливки без внутренних и внешних дефектов. Для получения качественных отливок жидкий сплав должен давать четкий отпечаток формы, не содержать неметаллических включений и иметь возможно меньшее количество растворенных газов и вредных примесей. Способность металла заполнять полость литейной формы, воспроизводить полностью и точно ее очертания называется жидкотекучестью.
Различают жидкотекучесть, как свойство сплава, и заполняемость форм. Заполняемость форм зависит от свойств сплава (вязкости, поверхностного натяжения, теплоты кристаллизации и др.), свойств литейной формы (материала, шероховатости стенок, теплопроводности, газопроницаемости и т.п.) и условий заполнения формы (напора металла, конструкции литниковой системы и др.). Жидкотекучесть сплава определяется только совокупностью его физических, химических и физико-химических свойств.
При определении жидкотекучести необходимо исключить влияние на заполняемость всех остальных факторов, сделав их постоянными.
Различают нулевую, истинную, условно истинную и практическую жидкотекучесть. Нулевой называется жидкотекучесть, характеризующая такое состояние сплава, при котором он перестает течь. Явление нулевой жидкотекучести наблюдается при образовании определенного количества кристаллов в затвердевающем металле. У чугуна нулевая жидкотекучесть наступает при 30% твердой фазы, а у стали - при 20%.
Истинная жидкотекучесть сплавов определяется при одинаковом нагреве их выше нулевой жидкотекучести, при которой сплав теряет подвижность. В практических условиях трудно определить температуру истинной жидкотекучести, поэтому определяют не истинную, а условно ис-
тинную жидкотекучесть сплавов при одинаковом перегреве их выше температуры ликвидуса.
Под практической понимают жидкотекучесть сплавов при постоянной температуре заливки. В этом случае перегрев выше температур ликвидуса и нулевой жидкотекучести для различных сплавов неодинаков. На рисунке 1 изображены схемы, дающие наглядное представление о различных видах жидкотекучести сплавов.
t,°C
Содержание компонента, °/о
Рис. 1. Схема, характеризующая различные виды жидкотекучести: 1 - нулевая жидкотекучесть, 2 - истинная жидкотекучесть, 3 - условно истинная жидкотекучесть,
4 - практическая жидкотекучесть
Влияние физических свойств сплавов на жидкотекучесть сводится в основном к следующему. Характер кристаллизации сплавов определяет разветвленность дендритов. Чистые металлы, эвтектические сплавы и химические соединения, кристаллизующиеся при постоянных температурах с минимальным развитием двухфазной области, образуют малоразветвлен-ные дендриты обладающие большей истинной жидкотекучестью. Сплавы кристаллизующиеся в интервале температур, для которых характерны большое развитие двухфазной области и сильная разветвленность дендритов твердой фазы, обладают меньшей жидкотекучестью.
С увеличением интервала кристаллизации истинная жидкотекучесть сплавов уменьшается. В то же время можно ожидать некоторого увеличения практической и условно истинной жидкотекучести, так как у сплавов вплоть до температуры нулевой жидкотекучести сохраняется подвижность.
Большое влияние на жидкотекучесть оказывают также состав и свойства жидкого металла. Однородные сплавы и чистые металлы обладают более высокой жидкотекучестью, чем неоднородные сплавы и химические соединения.
Чугун при повышенном содержании углерода и кремния, по сравнению со сталью, обладает хорошей жидкотекучестью, вследствие уменьшения двухфазной области и появления в структуре эвтектики. Повышение содержания кремния в стали резко увеличивает ее подвижность, особенно резкое повышение жидкотекучести наблюдается у среднеуглеродистой стали при изменении содержания кремния с 0,25 до 0,45 %, что является результатом более полного раскисления. Повышение содержания марганца до 2 % не оказывает заметного влияния на жидкотекучесть, однако у высокомарганцовистой стали Г13Л жидкотекучесть очень высокая, что позволяет снизить температуру ее разливки до 1450-1500 °С.
Прибавление до 3-4 % меди и никеля к углеродистой стали повышает жидкотекучесть. Присадка небольших количеств молибдена, хрома и ванадия не влияет на подвижность стали. Сера, образуя с железом и марганцем сложные тугоплавкие соединения, уменьшает подвижность стали. Чугун, содержащий серу даже в количестве 0,1-0,15 %, плохо заполняет формы, и отливки получаются с повышенным количеством газовых раковин. Фосфор способствует образованию легкоплавких соединений в чугуне, что увеличивает его жидкотекучесть. Присутствие в чугуне от 1 до 2 % фосфора позволяет производить отливку художественных изделий и тонкостенной кухонной посуды.
На жидкотекучесть сильно влияет скрытая теплота кристаллизации. Чем больше тепла выделяется при кристаллизации, тем медленнее происходит затвердевание, тем больше жидкотекучесть сплава. При оценке жидкотекучести сплавов необходимо учитывать величину интервала затвердевания и скрытую теплоту их кристаллизации.
Различные литейные сплавы даже при умеренном перегреве, легко достижимом в производственных условиях, имеют вязкость, мало отличающуюся от вязкости воды. Однако в процессе заполнения формы, благодаря большой теплопроводности сплав быстро остывает; при этом вязкость его возрастает, а подвижность падает. Время пребывания сплава в подвижном состоянии ограничивается. Снижение теплопроводности материала формы увеличивает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет её лучше, чем металлическую форму, которая интенсивно охлаждает расплав.
Сплавы с большой вязкостью целесообразно более быстро заливать в форму. Увеличение скорости заливки и сечения элементов литниковой системы также способствует повышению заполняемости литейной формы. Увеличение скорости имеет особо важное значение при заливке тонкостенных деталей, так как при их изготовлении часто получается брак по газовым раковинам, недоливу и спаям.
Теплоёмкость и теплопроводность существенно влияют на отвод тепла от движущегося сплава к форме. Скорость охлаждения, в свою очередь, определяет длительность пребывания сплава в подвижном состоянии.
Чем больше теплоемкость и меньше теплопроводность сплава, тем медленнее охлаждение и больше его жидкотекучесть.
Поверхностное натяжение и смачиваемость стенок формы литейными сплавами влияют только на заполнение узких каналов. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается и тем больше, чем тоньше канал в литейной форме.
Подавляющее большинство сплавов не смачивает стенок формы, и для преодоления капиллярного противодавления необходим дополнительный металлостатический напор. В том случае, когда металл смачивает форму, увеличивается поверхность контакта. Это может вызвать ускорение охлаждения и уменьшение жидкотекучести.
Окисные плёнки на поверхности металла более существенно влияют на жидкотекучесть, чем поверхностное натяжение. По приближенным расчетам усилия для преодоления сопротивления плёнок окислов алюминия почти в 4 раза превышают усилия, необходимые для преодоления поверхностного натяжения.
Рис 2. Спиральная проба (а) и литейная форма (б) для определения жидкотекучести сплавов: 1,2 - нижняя и верхняя полуформы; 3 - заливочная чаша; 4 - графитовая пробка
Жидкотекучесть металлов и сплавов определяется путем заливки специальной технологической пробы, имеющей прямолинейную или спиральную форму (рис. 2.). Нагретый до определенной температуры сплав заливается в форму, в литниковой системе которой для улавливания шлака предусмотрена установка керамической сетки. Если металл имеет большую жидкотекучесть, он заполняет 3-4 витка; в случае низкой жидкотекучести металл застывает, не успевая заполнить даже одного витка спиральной формы. Окончив заливку, форму разрушают, из неё извлекают отлитую спираль и по её длине определяют величину жидкотекучести. Для ускорения определения жидкотекучести спиральная форма отливается с соответствующими делениями, расстояние между которыми равно 50 мм. Например, жидкотекучесть чугуна, равная 400 - 600 мм, считается вполне удовлетворительной, и чугун с такой жидкотекучестью способен заполнять тончайшие каналы литейной формы.