- •Введение
- •Глава 1 Строение, кристаллизация и свойства металлов
- •1.1. Кристаллическое строение конструкционных материалов
- •1.2. Дефекты в кристаллах и их влияние на свойства материалов
- •1.3. Фазы и виды фаз
- •1.4. Механические свойства материалов
- •1.4.1. Методы испытания механических свойств металлов
- •1.4.2. Испытание на твердость
- •1.4.3. Технологические свойства
- •Глава 2. Производство чугуна
- •2.1. Исходные материалы для производства чугуна
- •2.2. Обогащение руд
- •2.3. Подготовка материалов к доменной плавке
- •2.4. Выплавка чугуна
- •2.5. Классификация чугунов и их обозначение
- •Глава 3 Производство стали
- •3.1. Конверторные способы получения стали
- •3.2. Мартеновские способы производства стали
- •3.3. Получение стали в электрических печах
- •3.4. Разливка стали и получение слитков
- •Глава 4 Классификация сталей и их маркировка
- •4.1. Классификация стали
- •4.2. Маркировка стали
- •4.3. Конструкционные стали
- •4.3.1. Конструкционные, обыкновенного качества (строительные) стали
- •4.3.2. Низколегированные конструкционные стали
- •4.3.3.Конструкционные машиностроительные стали общего назначения
- •4.3.4. Конструкционные машиностроительные стали специализированного назначения
- •4.3.4.1. Пружинно-рессорные стали
- •4.3.4.2.Шарикоподшипниковые стали
- •4.3.4.3.Автоматные стали
- •4.3.4.4. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы
- •4.4. Инструментальные стали
- •4.4.1. Углеродистые инструментальные стали
- •4.4.2. Легированные инструментальные стали
- •4.4.3. Быстрорежущие стали
- •4.4.4. Штамповые стали
- •4.5. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •Глава 5 Медь и ее сплавы
- •5.1. Медные руды и пути их переработки
- •5.1.1. Обогащение руд флотацией
- •5.1.2. Получение медных штейнов
- •5.1.3. Переработка медного штейна
- •5.1.4. Рафинирование меди
- •5.2. Латуни
- •5.3. Бронзы
- •Глава 6 Алюминий и его сплавы
- •6.1. Руды алюминия
- •6.2. Производство глинозема
- •6.3. Электролитическое получение алюминия
- •6.4. Алюминиевые сплавы
- •Глава 7 Литейное производство
- •7.1. Литейные сплавы и их применение
- •7.2. Приготовление литейных сплавов
- •7.3. Литейные свойства сплавов
- •7.4. Способы изготовления отливок
- •7.4.1. Изготовление отливок в разовых песчаных формах
- •7.4.1.1. Изготовление литейных форм
- •7.4.1.2. Заливка литейных форм
- •7.4.2. Литье по выплавляемым моделям
- •7.4.3. Литье в оболочковые формы
- •7.4.4. Литье в кокиль
- •7.4.5. Литье под давлением
- •7.4.6. Центробежное литье
- •7.5. Общие принципы конструирования литых деталей
- •Глава 8 Обрабртка давлением
- •8.1. Виды обработки давлением и типы применяемого оборудования
- •8.1.1. Прокатка
- •8.1.2. Волочение
- •8.1.3. Прессование
- •8.1.4. Ковка
- •8.1.5. Штамповка
- •8.2. Физико-механические основы обработки давлением
- •8.3.Холодная штамповка
- •8.3.1. Высадка
- •8.3.2.Выдавливание
- •8.3.3.Объемная холодная формовка
- •8.3.4. Листовая штамповка
- •8.3.4.1. Разделительные операции
- •8.3.4.2.Формоизменяющие операции
- •8.3.4.2.1. Гибка
- •8.3.4.2.2. Вытяжка
- •8.3.4.2.3. Отбортовка
- •8.3.4.2.4.Обжим
- •8.3.4.2.5. Раздача
- •8.4. Горячая объемная штамповка
- •8.5. Разработка чертежа поковки
- •Глава 9 Получение заготовок методами сварки
- •9.1.Сварка давлением
- •9.1.1. Контактная электрическая сварка
- •9.1.1.1.Стыковая контактная сварка
- •9.1.1.2.Точечная сварка
- •9.1.1.3.Шовная сварка
- •9.1.1.4.Конденсаторная сварка.
- •9.1.2. Диффузионная сварка
- •9.1.3.Сварка трением
- •9.1.4. Холодная сварка
- •9.2.Сварка плавлением
- •9.2.1.Электрическая дуговая сварка
- •9.2.1.1. Ручная дуговая сварка
- •9.2.1.2.Автоматическая дуговая сварка под флюсом
- •9.2.1.3. Сварка в среде защитных газов
- •9.3. Электронно-лучевая и лазерная сварка
- •9.4. Электрошлаковая сварка
- •9.5. Свариваемость металла
- •9.6. Технологичность сварных конструкций
- •9.7. Пайка
- •9.7.1. Материалы для пайки
- •9.7.2. Способы пайки
- •9.8. Контроль качества сварных и паяных соединений
- •Глава 10 Обработка заготовок деталей машин
- •10.1. 1. Кинематика резания
- •10.1.2. Методы формообразования поверхностей
- •10.2. Режим резания, геометрические параметры срезаемого слоя, шероховатость поверхности
- •10.3. Геометрические параметры режущего инструмента
- •10.4. Физическая сущность резания
- •10.5. Силовое взаимодействие инструмента и заготовки
- •10.6.Тепловые явления при резании
- •Глава 11 Инструментальные материалы
- •11.1. Требования к инструментальным материалам
- •11.2. Инструментальные стали
- •11.3. Твердые сплавы
- •11.4. Синтетические сверхтвердые и керамические материалы
- •11.5. Абразивные материалы
- •Глава 12 Обработка заготовок на токарных станках
- •12.1 Типы токарных станков
- •12.2. Режущий инструмент и приспособления для обработки заготовок на токарных станках
- •12.3. Обработка заготовок на токарных станках
- •Глава 13 Обработка заготовок на сверлильных и расточных станках
- •13.1.1 Типы сверлильных станков
- •13.1.2. Режущий инструмент и схемы обработки на сверлильных станках
- •13.1.3. Схемы обработки на сверлильных станках
- •13.2. Типы расточных станков
- •13.2.1. Режущий инструмент и схемы обработки на расточных станках
- •Глава 14 Обработка заготовок на фрезерных станках
- •14.1. Типы фрезерных станков
- •14.2. Режущий инструмент
- •14.3. Схемы обработки на фрезерных станках
- •Глава 15 Обработка заготовок на шлифовальных станках
- •15.1. Основные типы станков
- •15.2. Схемы обработки
- •15.3. Бесцентровое шлифование
- •Глава 16 Обработка заготовок на зубообрабатывающих станках
- •16.1. Профилирование зубьев зубчатых колес
- •Глава 17 Обработка заготовок пластическим деформированием
- •17.1. Сущность пластического деформирования
- •17.2. Чистовая и упрочняющая обработка пластическим деформированием
- •Глава 18 Отделочная обработка
- •18.1. Отделка поверхностей чистовыми резцами и шлифовальными кругами
- •18.2. Полирование
- •18.3. Абразивно-жидкостная отделка
- •18.4. Притирка
- •18.5. Хонингование
- •18.6. Суперфиниш
- •Глава 19 Пластические массы
- •19.1. Классификация пластмасс и способов их переработки
- •19.2. Способы переработки пластмасс в детали в вязко-текучем состоянии
- •19.3. Способы переработки пластмасс в детали в высокоэластическом состоянии
- •19.4. Получение деталей из жидких полимеров
- •19.5. Способы получения деталей из пластмасс в твердом состоянии
7.2. Приготовление литейных сплавов
Приготовление литейных сплавов связано с процессом плавления различных материалов.
Плавление – это переход из кристаллического состояния в аморфное. При этом нарушается устойчивость кристаллических решеток, увеличиваются колебательные движения атомов, и кристаллическое тело, проходя через область неустойчивых состояний, превращается в жидкое. При плавлении твердые кристаллические тела теряют постоянство формы, объема, а также изменяются их физические свойства. Для получения заданного химического состава и определенных свойств в сплав при приготовлении вводят в жидком или в твердом состоянии специальные (легирующие) элементы, в качестве которых используют Си, Ni, Mn, Ti, Mg, Mo и др.
Для размельчения структурных составляющих и равномерного их распределения по всему объему литого металла в сплавы вводят малые добавки различных элементов (модификаторов), в качестве которых используют Na, Zn, Mg, Ti, Zr и другие элементы.
Для выплавления чугуна и стали в качестве исходных материалов (шихты) используют литейные или передельные доменные чугуны, чугунный и стальной лом, отходы собственного производства и ферросплавы. Для понижения температуры плавления образующихся шлаков используют флюсы – известняк, доломит и др.
Для выплавления цветных сплавов используют как первичные (полученные на металлургических заводах), так и вторичные (после переплавки цветного лома) металлы и сплавы, кроме того, применяют лигатуры (специально приготовленные сплавы из двух или нескольких металлов) и флюсы (обычно хлористые и фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов).
Для плавления стали и чугуна широко применяют индукционные высокочастотные печи (рис. 20, а), позволяющие нагревать металл до высокой температуры, регулировать состав газовой атмосферы, создавать вакуум для получения металла высокого качества с минимальными затратами. Для размещения расплава предназначен тигель 2, выполненный из кварца или магнезита с последующим спеканием. Нагрев производится при помощи медного или алюминиевого водоохлаждаемого индуктора 3. При пропускании тока высокой частоты через индуктор в шихте, загруженной в тигель, наводятся вихревые токи, выделяется большое количество теплоты, расплавляющая шихту и нагревающая расплав до нужной температуры.
Рис. 20. Схемы устройства плавильных печей
а – индукционной высокочастотной; б – сопротивления
Для плавления цветных сплавов широко применяют индукционные печи промышленной частоты, электрические печи сопротивления (рис. 20, б) и др. Электрическая печь сопротивления выполнена в виде сварного цилиндрического кожуха 3, облицованного (футерованного) шамотным кирпичом 4. Между кожухом и футеровкой предусмотрена теплоизоляционная набивка 5 из легковесных материалов и асбестовых листов. В качестве нагревателей 6 используют нихромовые спирали. Сплав приготовляют в литом тигеле 2 из жаропрочного чугуна. Сверху печь закрывается крышкой.
7.3. Литейные свойства сплавов
Не все сплавы в одинаковой степени пригодны для изготовления фасонных отливок. Из одних сплавов (серого чугуна, силумина) можно легко изготовить отливку сложной конфигурации, а из других (титановых сплавов, легированных сталей и др.) получение отливок сопряжено с определенными трудностями. Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов. К основным литейным свойствам сплавов относят: жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение и ликвацию.
Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести литейные сплавы заполняют все элементы литейной формы, при низкой – полость формы заполняется частично, в узких сечениях образуются недоливы. Жидкотекучесть сплавов определяют по специальным пробам. За меру жидкотекучести принимают длину заполненной спирали в литейной форме. Жидкотекучесть сплавов зависит от многих факторов; например, повышение температуры заливки увеличивает жидкотекучесть всех сплавов. Чем выше теплопроводность материала формы, тем быстрее отводится тепло от залитого металла, тем ниже жидкотекучесть. Неметаллические включения снижают жидкотекучесть сплавов. На жидкотекучесть влияет химический состав сплавов; с увеличением в исходном материале содержания серы, кислорода и хрома жидкотекучесть снижается, а с повышением содержания фосфора, кремния, алюминия и углерода – увеличивается.
В зависимости от жидкотекучести сплава выбирают минимальную толщину стенок отливок. Например, при изготовлении мелких отливок из серого чугуна в песчаных формах минимальная толщина стенок составляет 3÷4 мм, для средних – 8÷10 мм, а для крупных – 12÷15 мм; для стальных отливок – 5÷7, 10÷12, 15÷20 мм, соответственно.
Усадка – процесс уменьшения объема отливки при охлаждении, начиная с некоторой температуры жидкого металла в литейной форме до температуры окружающей среды. Усадка протекает в жидком состоянии, при затвердевании в процессе кристаллизация и в твердом состоянии. Различают линейную и объемную усадки, которые определяют в процентах. Величина усадки сплавов зависит от их химического состава, температуры заливки, конфигурации отливки и других факторов. Наименьшую линейную усадку имеют серый чугун (0,9÷1,3%), алюминиевые сплавы – силумины (0,9÷1,3%). Стали и некоторые сплавы имеют усадку 1,8÷2,5%. Изготовлять отливки из сплавов с повышенной усадкой сложно, так как в массивных частях отливки образуются усадочные раковины и усадочная пористость. Для предупреждения образования усадочных раковин предусматривают установку прибылей – дополнительных резервуаров с расплавленным металлом для питания отливок в процессе их затвердевания.
Напряжения в отливках возникают вследствие неравномерного их охлаждения и механического торможения усадки. Они характерны для отливок с различной толщиной стенок. При затвердевании температура отливки в массивных частях выше, чем снаружи или в тонких сечениях. Поэтому усадка в отдельных местах по величине различна, но так как части одной и той же отливки не могут изменять свои размеры независимо друг от друга, то в ней возникают напряжения, которые могут вызывать образование трещин или коробление. Для предупреждения образования больших напряжений и трещин необходимо в конструкции литой детали предусматривать равномерную толщину стенок, плавные переходы и устранять элементы, затрудняющие усадку сплава, а также использовать литейные формы и стержни повышенной податливости. Трещины довольно часто образуются в отливках из углеродистых и легированных сталей, сплавов магния и многих алюминиевых сплавов.
Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава она увеличивается незначительно, несколько возрастает при плавлении и резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается и в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры. Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы. Для уменьшения газонасыщенности сплавов применяют плавление в вакууме или в среде инертных газов и другие методы.
Ликвация – неоднородность химического состава в различных частях отливки. Различают ликвации зональную и дендритную (внутризеренную). Зональная ликвация – это химическая неоднородность в объеме всей затвердевшей литой детали. Дендритная ликвация – химическая неоднородность в пределах одного зерна (дендрита) сплава. Ликвация зависит от химического состава сплава, конфигурации отливки, скорости охлаждения и других факторов.