Выберите и обоснуйте марки сплавов для угломера
По диаграмму состояния железа – цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 4,9% углерода. Определить равновесную структуру сплава при комнатной температуре.
2.Определите металлургическое качество, назначение, а также среднее содержание углерода и легирующих элементов в сталях :
20ХН4ФА; У8А; сталь 15; 9ХС.
Определите среднее содержание углерода и легирующих элементов по заданной марке стали ( EU ) : 41 Cr 4; 9 SMn 22; X 40 CrMo 13. приведите маркировку этих же сталей по стандартам России.
3.Используя диаграмму состояния железо -цементит, выберите температуру закалки для стали 40 и стали У10. Опишите все превращения, а также структуру и свойства после закалки.
Марку жаропрочной стали для изготовления лопаток паровых турбин. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки стали. Опишите микроструктуру и основные свойства после термической обработки.
По диаграмме диаграмму состояния железа – цементит , укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 2 % углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
Покажите графический режим отжига для получения ферритного ковкого чугуна. Опишите структурные превращения, происходящие в процессе отжига. Укажите характеристики механических свойств, приведите зарисовку микроструктуры.
Назначьте режим термической обработки стали 40, используемый для снижения уровня внутренних напряжений, твердости, улучшения обрабатываемости резаньем. Приведите конкретный пример.
По диаграмме состояния железа – цементит, используя метод отрезков, укажите фазы для сплава с 6% содержанием углерода при температуре 1300 0 С.
Расшифруйте марки алюминиевых сплавов, укажите особенность этих сплавов и назначение: АК8; АЛ2; АМг3, Д3М, В95.
Определите металлургическое качество, назначение, а также среднее содержание углерода и легирующих элементов в сталях:
Сталь 15, 4Х5МФС, ХВГ, 70С3А.
Определите среднее содержание углерода и легирующих элементов по заданной марке стали ( EU ): 60 S 20, 27 C Al 6, X 8 Cr Mo Ti 17.
Приведите маркировку этих же марок по стандартам России.
Для изготовления пресс-форм выбрана сталь 4Х4ВМФС. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирующих элементов на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства после термической обработки.
Выберите сталь для изготовления разверток. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структура и свойства стали.
Определите металлургическое качество, назначение, а также среднее содержание углерода и легирующих элементов в сталях: ШХ6; 3Х2В8Ф ; У7А; Сталь 65
Приведите маркировку этих же марок по стандартам России.
Приведите сравнительную характеристику охлаждающих сред, применяемых для закалки углеродистых и легированных сталей.
С помощью диаграммы состояния железо-цементит опишите структурные превращения, происходящие при нагреве в стали 40. Покажите критические точки А С1 , А С3 для стали. Установите режим нагрева этой стали под закалку. Охарактеризуйте процесс закалки, опишите получаемую структуру и свойства.
Укажите содержание углерода в данных марках стали: У7; У8; У10А; Ст3Гпс; Ст3Гсп; Ст5Гкп; Сталь 2 0; Сталь 45; Сталь 18ХГТ; Сталь 3Х2В8Ф.
Прочитайте маркировку сталей: 15 Х; 40Х; 10Г2; 18ГХ; 50Г2; 55С2; 60С24 18ГХ4 30ХГС; 30ХГСА; 20ХН; 12Х2Н4А.
Назначьте режим термической обработки углеродистой конструкционной стали, используемый для снижения уровня внутренних напряжений, твердости и улучшения обрабатываемости резанием. Приведите конкретный пример.
Покажите графически режим отжига для получения ферритного ковкого чугуна. Опишите структурные превращения, происходящие в процессе отжига. Каковы механические свойства чугуна после термической обработки, его структура?
Выберите для стали 15 заменители для изготовления следующих изделий:
болты, винты, крюки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие при температуре от —40 до 450 °С;
после ХТО—рычаги, кулачки, гайки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины.
Выберите из предложенных марок стали материал для изготовления
А) токарных, строгальных и долбежных резцов;
Б) сверла, развертки, фрезы, метчики, плашки;
В) для производства крупных и длинных протяжек, длинных метчиков, длинных разверток.
Марки предложенных сталей: 9ХС, ХВГ, ХВСГ. Ответ обоснуйте.
Выберите из предложенных марок стали материал для изготовления
А) напильников, гравировальных инструментов, резцов;
Б) ножниц, пил, роликов накатных, ручных дереворежущих инструментов;
В) зубил, стамесок, пил, кернов, слесарного инструмента.
Предложенные марки стали: У7; У7А; У8; У8А; У13; У13А.Ответ обоснуйте.
Выполнить классификацию сплавов по маркам сплавов.
А) Алюминиевые Б) Медные
В) Сталь Г) Чугун
Д) Магнитные стали
Сплавы: У12А; СЧ; ЕХ3; АК6; 12Х18Н9Т 7; АЛ-23; Ст 45; .БрО10; ВЧ 45-5 Л96.
Расшифруйте марки сплавов цветных металлов и вычислите содержание меди в этих сплавах:
Выбор марки сплавов
Голосование за лучший ответ
Маркировка алюминиевых сплавов по принципу АЛ+цифры, обозначающие условный номер марки вообще-то устарела и сейчас не применяется.
Безоловянистая алюминий-железо-никелевая бронза. Цифры - химсостав легиующих элементов в процентах.
Ковкий чугун (хотя его никогда не куют) Предел прочности на растяжение 60 кг. /кв. мм, относительное удлинение 3%
Стали обязаны сами расшифровывать. Там ничего непонятного нет. А знание принципов маркировки, хотя бы конструкционных сталей, всегда нужно.
Латунь - это сплав меди с цинком. Надеюсь, догадаетесь сколько цинка в сплаве.
По 4-му заданию сами потрудитесь. И учитесь пользоваться Интернет. Важно правильно запросы организовывать.
Например, набираете в Google "иглы швейные ГОСТ". Из ГОСТ 22249 узнаете, что иглы сделаны из игольной проволоки. Набираете "игольная проволока ГОСТ" . Из ГОСТ 5468 узнаете, что игольная проволока это, как вариант, У10А. Набираете "У10А", узнаете, что сталь не конструкционная, а углеродистая инструментальная, легирована 1% углерода.
Материаловедение 41 САХГУ.doc
Свинец практически не растворяется в меди в жидком состоянии (рис. 4), поэтому при затвердевании такой механической смеси жидких фаз получается также механическая смесь твердых фаз свинца и меди, в соответствии с диаграммой состояния Си+РЬ (см. рис. 4).
Теплопроводность бронзы БрСЗО высокая, следовательно, подшипники меньше нагреваются, высокие механические свойства при нагреве сохраняются до сравнительно высоких температур (200 °С), поэтому ее применяют для вкладышей подшипников наиболее мощных двигателей, кроме этого бронзовые подшипниковые сплавы дешевле чем баббиты.
Рис. 4 Диаграмма сплава медь + свинец
Широкое применение получили алюминиево-железистые бронзы БрАЖ9-4, БрАЖМц 10-3-1,5. Состав БрАЖ9-4 – алюминия 9%, железа- 4%. Состав БрАЖМц 10-3-1,5 – алюминия 10%, железа 3%, марганца 1,5%. Свойства этих бронз позволяют применять их в наиболее ответственных, тяжело нагруженных узлах, в которых они работают значительно лучше высокооловянистых бронз, показывая высокие износоустойчивость и механическую прочность. Показатели нагрузок и скоростей скольжения для БрАЖ: Р=300 кгс/см2; V до 8 м/с; Р х V до 600кг х м/см2 х с. Из данных бронз лучше изготавливать детали, работающие на изгиб (венцы, шестерни, гайки), или при повышенных температурах до 250-300o (высокие температуры не оказывают заметного влияния на механические и антифрикционные свойства). Наряду с выше перечисленными бронзами широкое применение имеют бериллиевые бронзы например - БрБ2. Сплав БрБ2 является весьма специфичным, отличным от других медных сплавов. Специфика этого сплава обусловлена содержащимся в нем бериллия (Ве). Бериллиевые бронзы относятся к классу так называемых дисперсионно-упрочняемых сплавов, особенностью которых является зависимость растворимости легирующих компонентов от температуры, что позволяет управлять свойствами бронз, как при производстве проката, так и при изготовлении изделий.
В промышленных сплавах системы Cu-Be, как и в большинстве материалов с эффектом дисперсионного упрочнения, концентрационная область располагается возле границы максимальной растворимости в твердом растворе, и соответствует примерно 2% содержания Be.
При концентрации бериллия от 1.6 до 2.0% веса, модификация бериллия, известная как β - фаза, присутствует при температуре ниже 600˚С. Эта фаза формируется как результат ограниченной твердой растворимости бериллия. В этот фактор более всего способствует отвердению при термообработке («старении»). При нагревание сплава до температуры 780˚С бериллий растворяетсяся в α -фазе (твердый раствор α + β). Резкое охлаждение до комнатной температуры поддерживает бериллий в твердом растворе. Этот процесс, называемый отжигом и делает сплав мягким и тягучим, помогает регулировать размер кристаллов, подготавливает сплав к операции «старения». Нагревание насыщенного твердого раствора до температуры 315˚С с выдержкой на этой температуре 2-3 часа вызывает осаждение упрочняющей фазы и придает сплаву высокую твердость.
Вопрос 129. Выберите и обоснуйте выбор марок сплавов для следующих деталей:
а) зубчатого колеса редуктора;
б) подшипника качения, работающего в агрессивной среде;
в) штамповки из алюминиевого сплава.
а) Зубчатое колесо в процессе эксплуатации испытывает воздействие сил трения и ударных знакопеременных нагрузок, поэтому для изготовления шестерни мы выбираем легированную сталь 18ХГТ, где 0,18% углерода, хрома, марганца и титана до 1,5 %. Можно было бы выбрать материал для шестерни из ряда хромоникелиевых сталей, но эти стали более дорогие, поэтому мы выберем сталь более дешевую-18ХГТ. После изготовления шестерня подвергается газовой цементации.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 2
1. В соответствии с номером Вашего варианта выписать из табл. 2 массовую долю углерода – 5,0% контрольного сплава и температуру – 750 ᵒС
2. На листе формата А4 вычертить диаграмму состояния Fe-Fe3C. Обозначить структурные составляющие во всех областях диаграммы и описать какие структурные и фазовые превращения будут происходить при медленном охлаждении из жидкого состояния сплава.
3. Нанести на диаграмму фигуративную линию контрольного сплава, выполнить построение необходимых конод и построить кривую охлаждения контрольного сплава. Дать подробное описание его микроструктуры при медленном охлаждении.
4. Указать к какой группе железоуглеродистых сплавов он относится, по возможности привести марку рассмотренного сплава, его применение, и определите для него при заданной температуре количество, состав фаз и процентное соотношение, используя данные, приведенные с табл. 2.
На рисунке 2 показана диаграмма состояния железо-цементит - кривая ликвидуса ABCD; - кривая солидуса AECF;
Первичная кристаллизация сплавов системы железо — углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линия ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AECF (линия солидус).
При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в a-железе . При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным.
В точке С при температуре 1147 °С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3% образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита. Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении g-железа в a-железо и распадом аустенита. Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита. Линия ES показывает температуру начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом. В точке S при температуре 727 "С и концентрации углерода в аустените 0,8% образуется эвтектоидная смесь, состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита.
Точка Р соответствует максимальной растворимости углерода в a-железе при температуре 727 °С; она составляет 0,02%С. Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.
Для определения изменений, происходящих в структурах при медленном охлаждении, необходимо произвести дополнительные построения, на диаграмме железо-цементит. На оси концентрация углерода, найдем точку концентрации углерода для данного чугуна 5 %, через найденную точку проведем линию 1-1, параллельную оси температур (см. рис 3). Данная линия пересечет линии разделов фаз в точках 1,2,3 через эти точки проведем прямые перпендикулярные оси температур и узнаем температуры изменения структуры и фаз (см. рис. 1). Для построения кривой охлаждения проведем прямые параллельные оси концентрации углерода через точки 1,2,3 и правее диаграммы железо – цементит построим кривую охлаждения II. Сплав с содержанием углерода 5 % - заэвтектический чугун. До точки t1= 1320 °С cплав находится в жидком состоянии. В точке t1 начинается кристаллизация при этом выделяются кристаллы цементита первичного. При дальнейшем охлаждении жидкая фаза обедняется углеродом по линии солидуса (СD) и к моменту окончания кристаллизации t2= 1147 °С достигает эвтектического состава ( 4.3% С, точка С). В результате эвтектического превращения оставшейся жидкости сплав будет состоять из кристаллов цементита первичного и ледебурита.
Ц1 + Л ( А 2,14 + Ц1)
При дальнейшем охлаждении чугуна в интервале температур от t1 до t2 ограниченная растворимость углерода в аустенит е приводит к диффузии его излишков из решетки Feg и образованию цементита вторичного. Структура ледебурита изменяется и приобретает вид : Л [А + Ц1 + Ц II ]. При достижении температуры t3= 727 °С аустенит обедняется углеродом до 0,8%и этим самым создаются условия для его эвтектоидного превращения. В результате аустенит, находящийся в составе ледебурита, распадается на заэвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного и чугун приобретает следующую структуру: Ц1 + Л [П( Ф 0,02 + Ц II + Ц1 + Ц II]. Ниже t3 структура чугуна не изменяется. Для определения процентного соотношения фаз, при температуре 780°С, необходимо сделать дополнительные построения, сначала через точку 780°С, проведем прямую 2-2 параллельную оси концентрации углерода, полученная прямая пересечет прямую 1-1 в точке Л, а пересечение разделов точками К и М. Составим соотношение фаз по правилу отрезков :
Q а- количество аустенита;
Q ц- количество цементита;
Q а = КЛ / КМ Х 100 = 0,7/ 3,37 х 100 = 30%
Q ц = ЛМ/ КМ х 100 = 1,67/ 2,37 х 100 = 70%
Для построения кривой охлаждения проведем прямые параллельные оси концентрации углерода через точки 1,2,3,4 и правее диаграммы железо – цементит построим кривую охлаждения 3-3.
Контрольная работа по дисциплине "Материаловедение"
16.Перечислите основные способы получения меди из руды. Кратко опишите пирометаллургический способ.
43. Начертите диаграммы, показывающие зависимость механических, физических и технологических свойств сплавов от их структуры и укажите, какое они имеют практическое значение.
51. Начертите диаграмму железо-цементит, укажите структуры во всех областях.
Объясните, почему в железоуглеродистых сплавах происходят превращения в
твердом состоянии.
86. Опишите влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки. Укажите, какое это имеет практическое значение.
118. Опишите бронзы, обладающие антифрикционными свойствами. Укажите их состав, марки, достоинства и недостатки по сравнению с баббитами.
129. Выберите и обоснуйте выбор марок сплавов для следующих деталей:
а) зубчатого колеса редуктора;
б) подшипника качения, работающего в агрессивной среде;
в) штамповки из алюминиевого сплава.
Файлы: 1 файл
Контрольная работа по дисциплине "Материаловедение"
16.Перечислите основные способы получения меди из руды. Кратко опишите пирометаллургический способ.
43. Начертите диаграммы, показывающие зависимость механических, физических и технологических свойств сплавов от их структуры и укажите, какое они имеют практическое значение.
51. Начертите диаграмму железо-цементит, укажите структуры во всех областях.
Объясните, почему в железоуглеродистых сплавах происходят превращения в
твердом состоянии.
86. Опишите влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки. Укажите, какое это имеет практическое значение.
118. Опишите бронзы, обладающие антифрикционными свойствами. Укажите их состав, марки, достоинства и недостатки по сравнению с баббитами.
129. Выберите и обоснуйте выбор марок сплавов для следующих деталей:
а) зубчатого колеса редуктора;
б) подшипника качения, работающего в агрессивной среде;
в) штамповки из алюминиевого сплава.
Файлы: 1 файл
Моторной рамы самолёта.
Для изготовления протяжки диаметром до 80-100 мм рекомендуется использовать стали марок Р12, Р6М5, Р12Ф3, диаметром более 100 мм – ХВСГ, Р6М5.
Сталь Р6М5(вольфрамомолибденовая) - наиболее широко применяемая для большинства инструментов (в нашем случае, протяжек ). Прочность 315-325 кгс/мм 2 и вязкость 4-5 кгс*м/см 2 . Теплостойкость немного ниже, чем вольфрамовых и Р8МЗ. Шлифуемость стали хорошая.
Сталь Р12 (вольфрамомолибденовая) имеет более мелкие карбиды и превосходит сталь Р18 в механических свойствах. Прочность 300-310 кгс/мм 2 и вязкость 3,5 кгс*м/см 2 . Применяют для сверл, фрез, протяжек .
Р12ФЗ (вольфрамованадиевая сталь) - менее дорогая, чем кобальтовая. Теплостойкость Р12ФЗ » 635°С и твердость - HRC 66, что ниже, чем у кобальтовых. Однако у этих сталей более высокие прочность и вязкость.
Использование их эффективно для протяжек , сверл, фрез, обрабатывающих конструкционные стали и чугуны с твердостью НВ 223-302. Стойкость их в 1,5-1,8 раз выше, чем у стали Р6М5.
Для лопаток газовых турбин , работающих ограниченный срок (от 100 до 1000 ч) при 800-850°С, может быть выбран, например, сплав ХН70ВМТЮ (ЭИ617), имеющий пределы прочности и .
Для лопаток газовых турбин широко применяются сплавы ХН35ВТЮ (ЭИ787) и ХН77ТЮР (ЭИ437Б), в которые добавлены в малых количествах бор и церий. Главная функция этих добавок - связать вредные примеси в тугоплавкие соединения. Пределы прочности этих сплавов имеют следующие значения: для сплава ХН35ВТЮ и ; для сплава ХН77ТЮР и .
По жаропрочным свойствам железоникелевые сплавы не уступают, а кобальтовые превосходят сплавы на основе никеля. Однако железоникелевые сплавы малопластичны, склонны к образованию трещин и других дефектов, сплавы же с кобальтом очень дороги.
Содержание кобальта в сплавах должно быть достаточно высоко (4-16%). Чем выше рабочая температура сплава, тем больше кобальта требуется для получения данного уровня жаропрочности.
Выбор марок надо кратко обосновать соответственно требованиям, предъявляемым к данным деталям. Расшифровать их примерный химический состав по принятой ГОСТом маркировке.
Временное сопротивление s В » 100 кгс/мм 2 .
Предел текучести s Т » 85 кгс/мм 2 .
Относительное удлинение после разрыва d S = 14%.
Относительное сужение после разрыва y = 50%.
Ударная вязкость аН = 5 кгс·м/см 2 .
Твёрдость НВ не более 229.
Для изготовления ответственного коленчатого вала мы выбираем сталь 45
Примерный химический состав, %:
Характеристика механических свойств стали 45:
Временное сопротивление s В = 61 кгс/мм 2 .
Предел текучести s Т = 36 кгс/мм 2 .
Относительное удлинение после разрыва d S = 16%.
Относительное сужение после разрыва y = 40%.
Ударная вязкость аН = 5 кгс·м/см 2 .
Твёрдость НВ(без термообработки) не более 229.
Для изготовления корпуса редуктора методом литья мы выбираем высокопрочный чугун ВЧ 50-2
Примерный химический состав, %:
Характеристика механических свойств отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом ВЧ 50-2:
Выберите и обоснуйте марки сплавов для угломера
Чужой компьютер
Материаловедение решение
вернуться к странице
Екатерина Сурдина запись закреплена
Пожалуйста, очень надо
143. Выберите и обоснуйте выбор марок сплавов для следующих деталей:
а) скалки задней бабки токарного станка;
б) многоручьевого штампа;
в) капиллярной трубки гидравлических приборов.
Нравится Показать список оценивших
Сначала старые
Нравится Показать список оценивших
Контрольная «ответить на 6 вопросов»,
материаловедение
1. Начертите диаграмму железо-цементит, укажите структуру во всех областях. Какая кристаллизация называется первичной, а какая - вторичной? Укажите на диаграмме линии первичной и вторичной кристаллизации. 2.Цель нормализации. Укажите, как она проводится и от чего зависит получающиеся структуры. 3. Опишите влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки. Укажите, какое это имеет практическое значение. 4. Опишите деформируемые сплавы алюминия с магнием и марганцем. Укажите их марки, свойства, методы упрочнения и область применения. 5. Выберите и обоснуйте выбор марок сплавов для следующих деталей: а) зубчатого колеса редуктора, б) подшипника качения, работающего в агрессивной среде; в) штампа для алюминиевого сплава 6. Выберите и обоснуйте выбор марки сплавов для следующих деталей: а) стального сварного изделия, б) шариковых подшипников; в) топливного бака самолета.
Это место для переписки тет-а-тет между заказчиком и исполнителем.Войдите в личный кабинет (авторизуйтесь на сайте) или зарегистрируйтесь, чтобы
получить доступ ко всем возможностям сайта.
Закажите подобную или любую другую работу недорого
Узнать стоимость или Разместить задание
качество выше!
Вы работаете с экспертами напрямую,
не переплачивая посредникам, поэтому
наши цены в 2-3 раза ниже
Последние размещенные задания
Контрольная, Бухгалтерский учет
Срок сдачи к 1 окт.
1 минуту назадздесь есть два идз в первом надо сделать вариант №3 там 5 задач всего. а во втором идз надо сделать №3 из каждой задачи там 4 задачи всего . Розовым отмечены упражнения, которые нужно решить.
Материаловедение 41 САХГУ.doc
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 1
16.Перечислите основные способы получения меди из руды. Кратко опишите пирометаллургический способ.
43. Начертите диаграммы, показывающие зависимость механических, физических и технологических свойств сплавов от их структуры и укажите, какое они имеют практическое значение.
51. Начертите диаграмму железо- цементит, укажите структуры во всех областях.
Объясните, почему в железоуглеродистых сплавах происходят превращения в
86. Опишите влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки. Укажите, какое это имеет практическое значение.
118. Опишите бронзы, обладающие антифрикционными свойствами. Укажите их состав, марки, достоинства и недостатки по сравнению с баббитами.
- Выберите и обоснуйте выбор марок сплавов для следующих деталей:
а) зубчатого колеса редуктора;
б) подшипника качения, работающего в агрессивной среде;
в) штамповки из алюминиевого сплава.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 2
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 1
Вопрос 16.Перечислите основные способы получения меди из руды. Кратко опишите пирометаллургический способ.
Медь — элемент одиннадцатой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз.
Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом.
Электролитическое рафинирование обеспечивает получение наиболее чистой, высококачественной меди. Электролиз проводят в ваннах из железобетона и дерева, внутри футерованных листовым свинцом или винипластом. Электролитом служит раствор сернокислой меди (CuSO4) и серной кислоты, нагретый до 60…65 °С, Анодами являются пластины размером 1х1 м толщиной 40…50 мм, отлитые из рафинируемой меди. В качестве катодов используют тонкие листы (0,5…0,7 мм), изготовленные из электролитической меди.
Наиболее распространенный современный пирометаллургический способ предусматривает (см. рис. 1) обязательное использование следующих металлургических процессов: плавка на штейн, конвертирование медного штейна, огневое и электролитическое рафинирование меди. В ряде случаев перед плавкой на штейн проводят предварительный окислительный обжиг сульфидного сырья. Современная пирометаллургии меди, предусматривает на промежуточной стадии технологии плавку на "Штейн" с последующей его переработкой на черновую медь. Пустая порода при этом переходит в шлак. Плавку на штейн можно вести в окислительной, нейтральной или восстановительной атмосфере. В условиях окислительной плавки можно получать штейны любого заданного состава. В этом случае преимущественно будут окисляться сульфиды железа с последующим ошлакованием его оксида кремнеземом по реакции
2FeS + ЗО2 + SiO2 = 2FeO • SiO2 + 2SO2. (1)
При плавке на штейн в нейтральной или восстановительной атмосфере регулировать степень десульфуризации невозможно и содержание меди в штейнах будет значительно отличатся от ее содержаниям в исходной шихте. По этой причине для получения более богатых по содержанию меди штейнов при переработке бедных концентратов иногда целесообразно предварительно удалить часть серы путем окислительного обжига, осуществляемого без расплавления материала при 800—900 °С.
Дальнейшую переработку штейнов с целью, получения из них металлургической меди осуществляют путем их окисления в жидком состоянии. При этом вследствие большего сродства железа к кислороду сначала окисляется сульфид железа по реакции (1). После окисления всего железа и удаления получившегося шлака окисляют сульфид меди по суммарной реакции:
Cu2S + О2 = 2Cu + SO2. (2)
Технология, включающая плавку на штейн, позволяет получать более чистый металл, содержащий 97,5—99,5% Си. Такую медь называют черновой. Рафинирование черновой меди по сравнению с черной значительно упрощается и удешевляется.
В последние годы в металлургии сульфидного сырья все большее развитие получают автогенные процессы, осуществляемые за счет тепла от окисления сульфидов при использовании подогретого дутья и дутья, обогащенного кислородом. В этих процессах, являющихся окислительными плавками, в одной операции совмещаются процессы обжига и плавки на штейн.
Как следует из рис. 1, технология получения черновой меди характеризуется многостадийностью (за исключением варианта IV, предусматривающего непосредственную плавку концентратов на черновую медь). В каждой из последовательно проводимых технологических операций постепенно повышают концентрацию меди в основном металлсодержащем продукте за счет отделения пустой породы и сопутствующих элементов, главным образом железа и серы. На практике удаление железа и серы осуществляют за счет их окисления в три (обжиг, плавка, конвертирование), в две (плавка, конвертирование) или в одну стадию.
Рис. 1 Принципиальная технологическая схема пирометаллургии меди
Вопрос 43. Начертите диаграммы, показывающие зависимость механических, физических и технологических свойств сплавов от их структуры и укажите, какое они имеют практическое значение.
Свойства сплавов зависят от вида взаимодействия компонентов, т. е. от того, какая структура в них получается. Ясно, что должна быть связь между свойствами сплава и его диаграммой состояния. Основоположником учения о связи диаграмм состояния со свойствами сплавов является акад. Н. С. Курнаков.
На рис. 2 схематически показана зависимость твердости сплава и удельного электрического сопротивления р от типа диаграммы состояния. Отсюда можно вывести следующее:
1) при образовании механической смеси свойства изменяются прямолинейно (рис. 2, а);
2) при образовании твердых растворов свойства изменяются по плавным кривым (рис. 2, б);
3) при образовании химического соединения свойства изменяются скачком (рис. 2, в).
По диаграммам состояния можно также определить технологические свойства сплавов. Чем больше температурный интервал между линиями ликвидуса и солидуса, тем больше склонность сплава к ликвации, больше рассеянная пористость и склонность к образованию трещин в отливках. Лучшими литейными свойствами обладают эвтектические сплавы. Эти же сплавы имеют лучшую обрабатываемость резанием. Однофазные сплавы — твердые растворы — лучше деформируются в холодном и горячем состоянии.
Из изложенного видно, что диаграммы состояния позволяют на научной основе предвидеть свойства сплавов, выбирать сплавы в Зависимости от назначения, применять рациональные виды обработки.
Вопрос 51. Начертите диаграмму железо-цементит, укажите структуры во всех областях. Объясните, почему в железоуглеродистых сплавах происходят превращения в твердом состоянии.
Превращения в твердом состоянии в железоуглеродистых сплавах объясняется полиморфизмом. Способность одного и того же металла образовывать несколько разных кристаллических структур называется полиморфизмом. Различные структурные модификации одного и того же металла называют еще аллотропическими модификациями, а такие превращения под воздействиями температуры или давления называют аллотропическими превращениями. Полиморфизм распространен среди многих металлов и имеет важное значение для техники, так как оказывает влияние на поведение металлов и сплавов при их нагреве и охлаждении во время термической обработки и при эксплуатации деталей в машинах.
Переход металла из одной аллотропической модификации в другую сопровождается выделением теплоты при охлаждении металла и поглощением теплоты при его нагреве, а внешняя температура остается постоянной. Полиморфные превращения сопряжены с изменением компактности кристаллической решетки и изменением объема вещества.
Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении у железа в ᾳ-железо и распадом аустенита ( см. рис. 3). Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита. Линия ES показывает температуру начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аус-тените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом. В точке S при температуре 727 "С и концентрации углерода в аустените 0,8% образуется эвтектоидная смесь, состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Точка Р соответствует максимальной растворимости углерода в ᾳ-железе при температуре 727 °С; она составляет 0,02%С. Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.
86. Опишите влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки. Укажите, какое это имеет практическое значение.
Термическая обработка легированных сталей по сравнению с обработкой углеродистых имеет ряд технологических особенностей. Эти особенности заключаются в различии температур и скорости нагрева, длительности выдержки при этих температурах и способе охлаждения.
Критические температуры у одних легированных сталей выше, у других - ниже, чем у углеродистой стали. Все легирующие элементы можно разбить на две группы: элементы, повышающие критические точки Ас1 и Ас3, а, следовательно, и температуры нагрева при термической обработке (отжиге, нормализации и закалке), и элементы, понижающие критические точки. К первой группе относят Си, V, W, Si, Ti и другие элементы. В связи с этим отжиг, нормализацию и закалку сталей, содержащих перечисленные элементы, производят при более высоких температурах, чем отжиг, нормализация и закалка углеродистых сталей. Ко второй группе относят Mn, Ni и другие элементы.
Для легированных сталей требуется несколько большее время выдержки, так как они обладают худшей теплопроводностью. Длительная выдержка необходима также для получения лучших механических свойств, поскольку она обеспечивает полное растворение легированных карбидов в аустените.
Скорость охлаждения при термической обработке устанавливают в соответствии с устойчивостью переохлажденного аустенита и значением критической скорости закалки. Практически многие легированные стали закаливаются на мартенсит в масле, т. е. при меньшей скорости охлаждения, чем углеродистая сталь. У высоколегированных сталей, если они к тому же содержат большое количество углерода, способность к самозакаливанию выражена очень сильно, у низколегированных и малоуглеродистых сталей - слабее. Это объясняется большой стойкостью аустенитных зерен к превращению их при температуре Ас1 в зерна перлита.
Легированная сталь обладает большей прокаливаемостью, чем углеродистая. Чем выше степень легированности сталей, тем более глубокой прокаливаемостью они обладают. Из легированных инструментальных сталей особый интерес представляют быстрорежущие стали, широко используемые для изготовления режущего инструмента.
Вольфрам, в быстрорежущей стали – основной легирующий элемент. Благодаря его высокому содержанию закаленная сталь не теряет режущей способности при высоких температурах. Вольфрам придает, быстрорежущей стали красностойкость.
Ванадий является сильным карбидообразующим элементом и создает прочные карбиды, которые затрудняют рост зерна при нагреве под закалку и уменьшают склонность стали к перегреву. Под влиянием ванадия увеличивается красностойкость быстрорежущей стали и повышается эффект вторичной твердости при отпуске, заключающийся в том, что если отпуск такой стали повторить несколько раз, то можно обеспечить полное или почти полное превращение остаточного аустенита в мартенсит. Это несколько увеличивает твердость по сравнению с закаленным состоянием.
Углерод в быстрорежущей стали очень важен как элемент, придающий стали способность закаливаться на высокую твердость. Хром в количестве около 4% настолько сильно понижает критическую скорость закалки, что сталь становится «самозакаливающейся», т. е. закаливается на воздухе. При содержании хрома выше нормы резко увеличивается количество остаточного аустенита в структуре закаленной стали, что приводит к снижению стойкости инструмента. В быстрорежущей стали содержатся марганец и кремний (не более 0,4% каждого), сера и фосфор (не свыше 0,06% в сумме).
Изделия из быстрорежущей стали до температуры закалки необходимо нагревать ступенчато: вначале медленно до 800-850°С, а затем более быстро до установленной температуры закалки (1230-1300°С). Такой способ нагрева позволяет избежать тепловых напряжений за счет уменьшения разности между температурами поверхности изделия и сердцевины металла. В качестве охлаждающей среды используют минеральное масло. Структура закаленной быстрорежущей стали представляет собой сочетание мартенсита, остаточного аустенита и сложных карбидов.
После закалки изделия из быстрорежущей стали обязательно подвергают отпуску. Отпуск таких сталей имеет свои особенности. Как правило, изделия подвергают многократному отпуску (два-три раза) при температуре 560°С для стали Р9 и 580°С Для стали Р18 с выдержкой 1 ч. Если после закалки применяют обработку холодом при температуре -80°С, то выполняют только один отпуск. Объясняется это тем, что при указанной отрицательной температуре в быстрорежущих сталях заканчивается бездиффузионное мартенситное превращение – основная часть остаточного аустенита превращается в мартенсит. Таким образом, после термической обработки структура быстрорежущей стали представляет собой отпущенный мартенсит и карбиды.
Вопрос 118. Опишите бронзы, обладающие антифрикционными свойствами. Укажите их состав, марки, достоинства и недостатки по сравнению с баббитами.
Антифрикционные сплавы применяют для заливки вкладышей подшипников. Основные требования, предъявляемые к антифрикционным сплавам, определяются условиями работы вкладыша подшипника. Эти сплавы должны иметь достаточную твердость, но не очень высокую, чтобы не вызвать сильного износа вала; сравнительно легко деформироваться под влиянием местных напряжений, т. е. быть пластичными; удерживать смазку на поверхности; иметь малый коэффициент трения между валом и подшипником. Кроме того, температура плавления этих сплавов не должна быть высокой, и сплавы должны обладать хорошей теплопроводностью и устойчивостью против коррозии. Для обеспечения этих свойств, структура антифрикционных сплавов должна быть гетерогенной, состоящей из мягкой и пластичной основы и включений более твердых частиц. При вращении вал опирается на твердые частицы, обеспечивающие износостойкость, а основная масса, истирающаяся более быстро, прирабатывается к валу и образует сеть микроскопических каналов, по которым циркулирует смазку и уносятся продукты износа. Этим всем требованиям отвечают бронзовые сплавы, они обладают по сравнению с баббитами более высокой твердостью, микропористостью для удержания смазки, теплопроводностью, имеют более лучшую прирабатываемость и более высокую коррозионную стойкость в среде масел. Для изготовления вкладышей подшипников, работающих при повышенном удельном давлении и больших скоростях, применяют свинцовую бронзу БрСЗО с содержанием 27—33 % РЬ, остальное Си.
Читайте также: