Материаловедение

Вопрос 73. Объясните физические основы сварки металлов, раскройте сущность  свариваемости металлов и сплавов, опишите типы сварных соединений и швов

Вопрос 60. Раскройте физические основы обработки металлов давлением. Объясните влияние пластической деформации на структуру и свойства металла

Вопрос 92. Расшифруйте марки материалов в соответствии с изученным алгоритмом: 6ХВ2С, ЛА77-2, 60С2Н2А, ШХ15СГ, БрО8Ц4, ВК6-М, СЧ45, Р12Ф3, Т15К6, А13

Вопрос 104. Начертите диаграмму состояния «железо-цементит». Обозначьте  основные точки и линии диаграммы, структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. Постройте кривую охлаждения сплава, с содержанием углерода 0,30%, проведите фазовый анализ сплава при охлаждении в соответствии с изученным алгоритмом

Список использованных источников

Ответ

Сваркой называется процесс получения неразъёмного соединения отдельных частей из твёрдых материалов за счёт междуатомных сил сцепления как с применением нагрева, так и без него.

Любое твердое или жидкое тело представляет собой систему атомов, ионов или молекул, связанных друг с другом внутренними силами притяжения. У кристаллических тел эти частицы расположены в узлах кристаллической решетки. Большинство металлов имеют кубические объемно- и гранецентрированные решетки и гексагональную плотноупакованную решетку.

Для соединения двух твердых тел с получением монолита необходимо установить связь между их поверхностными атомами, т.е. сблизить их на расстояния, сопоставимые с параметром кристаллической решетки. Современные методы механической обработки (например, финишное полирование) обеспечивают сближение поверхностей на расстояние, приблизительно равное 100 нм. Но даже такая обработка не позволяет получить монолит по нескольким причинам:

• расстояние между поверхностями несопоставимо больше параметра кристаллической решетки;

• на поверхностях имеются загрязнения (оксидные и масляные пленки);

• система атомов поверхностных слоев образует потенциальный барьер, для преодоления которого необходимо затратить дополнительную энергию — энергию активации поверхности.

В зону сварки такую энергию можно ввести в виде теплоты (термическая активация), упругопластической деформации (механическая активация) или посредством электронного и ионного облучения (радиационная активация). При сварке наиболее распространенными способами введения энергии являются нагрев и деформирование, характеризуемые соответственно температурой и внешним давлением.

Свариваемость  - свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Свариваемость зависит, с одной стороны, от особенностей материала, технологии сварки и конструктивного оформления соединений, а с другой — от необходимых эксплуатационных свойств сварной конструкции. Последние определяются техническими требованиями, предъявляемыми к таким конструкциям.

Ответ

Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Обработка давлением – прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращение трудоёмкости последующей обработки резанием и уменьшением себестоимости продукции.

При обработке металла давлением изменяется не только форма заготовки, но и происходит сложный физический процесс, влияющий на структуру металла, а следовательно, на его механические и физические свойства. 

Холодная пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической решетки металла — образованием новых дислокаций, дроблением зерен, их сплющиванием и удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате искажений кристаллической решетки и появления остаточных напряжений изменяются физико-химические свойства металла, например уменьшаются электро- и теплопроводность. В результате холодной деформации в металле возникают также преимущественная ориентировка (текстура) и анизотропия свойств, т. е. их неоднородность в зависимости от направления преимущественного течения металла.

При неполной холодной пластической деформации с нагревом чистого металла до температур (0,25 ...0,30) Tпл, где Tпл – абсолютная температура плавления, одновременно с процессом упрочнения металла возникает явление, называемое отдыхом или возвратом. Оно обеспечивает частичное снятие остаточных напряжений, небольшое восстановление пластических свойств и повышает сопротивление металла коррозии. 

С ростом степени холодной пластической деформации усиливаются прочностные свойства металла (увеличиваются пределы прочности и текучести, твердость), а пластические свойства ослабевают (уменьшаются относительное удлинение и сужение, ударная вязкость).

Ответ

1) 6ХВ2С - Сталь инструментальная штамповая. Химический состав стали: углерод 0,6%, Хром – 1%, Вольфрам – 2%, Кремний – 1%

Применение: ножи для холодной резки металла, резьбонакатные плашки, пуансоны и обжимные матрицы при холодной работе, штампы сложной формы, работающие с повышенными ударными нагрузками

2) ЛА77-2 - Медно-цинковые сплавы (латуни) маркируют буквой Л, буква А означает, что латунь легированная алюминием, число 77 - указывает содержание меди в латуни примерно 77%, 2 - указывает содержание алюминия около 2%, остальное - цинк. Латунь алюминиевая, обрабатываемая давлением.

Алюминиевая латунь ЛА77-2 отличается высокими механическими свойствами, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Применяется главным образом в морском судостроении. Латунь ЛА77-2 коррозионностойка в атмосферных условиях и достаточно устойчива к ударной коррозии, но проявляет склонность к обесцинкованию и коррозийному растрескиванию, поэтому изделия из нее подвергают температурному отжигу для снятия внутренних напряжений. Латунь марки ЛА77-2 применяется для изготовления трубных досок для конденсаторов и теплообменников, стойких к морской воде деталей машин, высоко нагружаемой арматуры.

3) 60С2Н2А – конструкционная рессорно-пружинная кремненикелевая сталь. Химический состав и маркировка стали: содержание углерода -0,6%, кремния – 2%, никеля -2%. Буква «А» в конце марки любой стали указывает, что сталь относится к категории высококачественной .

Отличается высоким сочетанием  таких свойств, как пластичность, прочность и вязкость, а также обладает хорошей прокаливаемостью. Кроме того, 60С2Н2А обладает высокой ударной вязкостью, благодаря чему пружины, изготовленные из этого металла, могут работать при условиях высокой динамической нагрузки.

Применение: ответственные и тяжелонагруженные пружины и рессоры.

Ответ

Сплав называется доэвтектоидной сталью.

В интервале температур 1600....1510 °С (участок кривой 1-2) сплав жидкий и охлаждается быстро, т.к. превращений в нем не происходит, кривая охлаждения круто опускается вниз.

При 1510 °С на линии ликвидус АС начинается первичная кристаллизация. Из жидкого сплава (в данном примере) выделяются избыточные по отношению к эвтектике кристаллы аустенита. Поэтому скорость охлаждения замедляется, т.к. выделяется скрытая теплота кристаллизации (участок кривой охлаждения 2-3)

Процесс кристаллизации продолжается до температуры 1480°С на линии АЕ. В интервале температур от 1480 до 820 °С кристаллизация не происходит, твердый сплав имеет структуру аустенита (участок кривой 3-4). Сплав охлаждается быстрее, и кривая охлаждения  становится круче.

При температуре 780° на линии GS начинается вторичная кристаллизация. В интервале температур 820...727 °С из аустенита кристаллизуется феррит, выделяется теплота кристаллизации. Охлаждение замедляется, и кривая становится более пологой (участок кривой 4-5’).

При 727 °С линия состава пересекает линию PSK. и сплав приобретает эвтектоидную концентрацию. Аустенит превращается в перлит, происходит эвтектоидное перлитное превращение. На кривой охлаждения образуется горизонтальный участок (участок 5’-5). Ниже температуры 727 °С структурных превращений не происходит, и сплав продолжает охлаждаться.

Окончательная структура данного сплава - перлит и феррит. 

Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Аустенит имеет твердость НВ 160-200 и весьма пластичен (δ=40-50%).

Феррит (Ф) – твердый раствор на основе α–Fe, содержащий < 0,02 %С, очень мягкая (твердость НВ  800) и пластичная (относительное удлинение δ = 30 %) фаза.

1. Лахтин, Ю. М. Материаловедение: учебник: 3-е изд„ перераб. и доп. / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. М.. 1990.

2. Арзамасов, Б. Н. Материаловедение: учебник: 2-е изд., исправл. и доп. / Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г, Ф. Косолапое [и др.]; под общ. ред. Б. Н. Арзамасом. М., 1986. 

3. Дальский, А. М. Технология конструкционных материалов: учеб. пособие: 2-е изд., перераб. и доп. / А. М. Дальский, В. С. Гаврилкж, Л. Н. Бухаркин [и др.]; под обш. ред. А. М. Дальского. М., 1990. 

4. Кузьмин, Б.А. и др. "Технология металлов и конструкционные материалы". –М.: Машиностроение, 1989 г.