Реферат: Технология конструкционных материалов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования

«ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ»

Институт технологических итранспортных систем

Кафедра технологии металлов иконструирования

Контрольная работа

по дисциплине:

Материаловедение.

Технология конструкционных материалов

Чита 2010

Содержание

Классификация материалов пофункциональному назначению

Схема устройства дуговой электросталеплавильнойпечи

Процесс плавки стали на углеродистойшихте и основные преимущества электрических печей перед другими плавильнымиагрегатами

Технико-экономические показателиработы дуговых печей и пути их повышения

Схема центробежного литья на машинахс вертикальной осью вращения

Сущность и особенности этого способалитья, достоинства, недостатки и области его применения

Сущность процессов упругой ипластической деформации с точки зрения кристаллического строения металлов

Определение пластичности и влияние нанее химического состава, структуры, температуры нагрева скорости и степенидеформации

Схема ацетиленокислородного пламени иего строение

Особенности сварки меди

Схемы отделочных методов обработкиповерхностей (притирка, полирование, обработка абразивными лентами,абразивно-жидкостная обработка, хонингование, суперфиниширование

Список используемой литературы

Классификацияматериалов по функциональному назначению

Материаловедение изучаетсостав, структуру, свойства и поведение материалов в зависимости от воздействияокружающей среды. Воздействие бывает тепловым, электрическим, магнитным и т. д.Любой компонент конструкций или сооружений подвергается нагрузкам, как состороны других компонентов, так и со стороны внешней среды.

Классификация материалов:металлические, неметаллические и композиционные материалы. Металлическиематериалы подразделяются на цветные металлы, порошковые материалы.Неметаллические материалы: резина, стекло, керамика, пластические массы,ситаллы. Композиционные материалы являются составными материалами, в составкоторых входят два и более материалов (стеклопластики).

Существует классификацияматериалов в зависимости от вида полуфабрикатов: листы, порошки, гранулы,волокна, профили и т. д.

Техника созданияматериалов положена в основу классификации по структуре.

Металлические материалыподразделяются на группы в соответствии с тем компонентом, который лежит в ихоснове. Материалы черной металлургии: сталь, чугуны, ферросплавы, сплавы, вкоторых основной компонент – железо. Материалы цветной металлургии: алюминий,медь, цинк, свинец, никель, олово.

Основу современнойтехники составляют металлы и металлические сплавы. Сегодня металлы являютсясамым универсальным по применению классом материалов. Для того чтобы повыситькачество и надежность изделий, требуются новые материалы. Для решения этихпроблем применяются композиционные, полимерные, порошковые материалы.

Металлы – вещества,которые обладают ковкостью, блеском, электропроводностью и теплопроводностью. Втехнике все металлические материалы называют металлами и делят на две группы.

Простые металлы –металлы, которые имеют небольшое количество примесей других металлов

Сложные металлы –металлы, которые представляют сочетания простого металла как основы с другимиэлементами.

Три четверти всехэлементов в периодической системе являются металлами.

Схема устройства дуговойэлектросталеплавильной печи

Электроплавильныепечи бывают дуговыми и индукционными.

Рассмотримдуговую электросталеплавильную печь.

В этих печахв качестве источника теплоты используют электрическую дугу, возникающую междуэлектродами и металлической шихтой. Дуговая электросталеплавильная печь(рис. 1) питается трехфазным переменным током и имеет три цилиндрическихэлектрода 9, изготовленных из графитированной массы. Электрический ток оттрансформатора гибкими кабелями 7 и медными шинами подводится кэлектрододержателям 8, а через них к электродам 9. Между электродами иметаллической шихтой 4 возникает электрическая дуга, электроэнергияпревращается в теплоту, которая передается металлу и шлаку излучением. Рабочеенапряжение 180–600 В, сила тока 1–10 кА. Во время работы печи длина дугирегулируется автоматически путем вертикального перемещения электродов.

Печь имеетстальной сварной кожух 3. Кожух печи изнутри футерован теплоизоляционным иогнеупорным кирпичом 1, который может быть основным (магнезитовый,магнезитохромитовый) или кислым (динасовый). Подина 12 печи набиваетсяогнеупорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 исводом в, изготовляемым также из огнеупорного кирпича и имеющим отверстия дляпрохода электродов. В стенках печи имеются рабочее окно 10 для управления ходомплавки и летка для выпуска готовой стали по желобу 2 в ковш.

/>

Рис. 1.Схема дуговой электрической плавильной печи

Печь загружают при снятомсводе. Механизмом 11 печь может наклоняться в сторону загрузочного окна илетки. Емкость дуговых электропечей 0,5–400 т. В металлургических цехах обычноиспользуют дуговые электропечи с основной футеровкой, а в литейных цехах – скислой.

Процесс плавки сталина углеродистой шихте и основные преимущества электрических печей перед другимиплавильными агрегатами

Применяют два видатехнологии плавки в дуговой основной печи: на шихте из легированных отходов(методом переплава) и на углеродистой шихте (с окислением примесей).

Плавку на шихте излегированных отходов с низким содержанием фосфора проводят без окисленияпримесей. Шихта для такой плавки, кроме пониженного содержания фосфора, должнаиметь меньшее, чем в выплавляемой стали, количество марганца и кремния. По сутиэто переплав. Однако в процессе плавки за счет кислорода некоторые примеси(алюминия, титана, кремния, марганца, хрома) окисляются. Кроме того, шихтаможет содержать окислы. Поэтому после расплавления шихты металл раскисляют,удаляют серу, наводят основный шлак, при необходимости науглероживают и доводятметалл до заданного химического состава. Раскисляют ферросилицием, алюминием,молотым коксом. При этом окислы легирующих элементов восстанавливаются ипереходят из шлака в металл. Таким способом плавки получают легированные сталииз отходов машиностроительных заводов.

Плавку на углеродистойшихте чаще применяют для производства конструкционных углеродистых сталей. Этуплавку проводят за два периода: окислительный и восстановительный. Послезаправки печи, удаления остатков металла и шлака предыдущей плавки, исправленияповрежденных мест футеровки в печь загружают шихту: стальной лом (до 90%),чушковый передельный чугун (до 10%), электродный бой или кокс длянауглероживания металла и 2–3% извести.

По окончании завалкишихты электроды опускают вниз и включают ток; шихта под электродами плавится,металл накапливается на подине печи. Во время плавления шихты начинаетсяокислительный период плавки: за счет кислорода воздуха, окислов шихты и окалиныокисляется кремний, марганец, углерод, железо. Вместе с окисью кальция,содержащейся в извести, окислы этих элементов образуют основный железистыйшлак, способствующий удалению фосфора из металла.

После нагрева металла ишлака до 1500–1540° С в печь загружают руду и известь. Содержащийся в руде кислородинтенсивно окисляет углерод и вызывает кипение ванны жидкого металла за счетвыделяющихся пузырьков окиси углерода. Шлак вспенивается, уровень егоповышается; для выпуска шлака печь наклоняют в сторону рабочего окна и онстекает в шлаковую чашу.

Кипение металла ускоряетнагрев ванны, удаление из металла газов, неметаллических включений,способствует удалению фосфора. Шлак удаляют, руду и известь добавляют 2–3 раза.В результате содержание фосфора в металле снижается до 0,01% и одновременно засчет образования окиси углерода при кипении уменьшается и содержание углерода.Когда содержание углерода становится меньше заданного на 0,1%, кипениепрекращают и полностью удаляют из печи шлак. Этим заканчивается окислительныйпериод плавки.

Восстановительный периодплавки включает раскисление металла, удаление серы и доведение химическогосостава до заданного. После удаления окислительного шлака в печь подаютферромарганец в количестве, обеспечивающем заданное содержание марганца встали, а также производят науглероживание, если выплавляют высокоуглеродистыестали (до 1,5% С).

Технико-экономическиепоказатели работы дуговых печей и пути их повышения

В настоящее время во всеммире для массовой выплавки стали и ферросплава в основном применяют дуговыеэлектросталеплавильные печи.

В них выплавляют основнуючасть высококачественных легированных и высоколегированных сталей (сталейэлектропечного сортамента), которые затруднительно либо невозможно выплавлять вконвертерах и мартеновских печах.

Основные достоинства дуговыхпечей, позволяющих выплавлять такие стали, заключаются в возможности:

— Быстро нагреть металл,благодаря чему в печь можно вводить большие количества легирующих добавок.

— Иметь в печивосстановительную атмосферу и безокислительные шлаки (в восстановительныйпериод плавки), что обеспечивает малый угар вводимых в печь легирующихэлементов.

— Возможность болееполно, чем в других печах, раскислять металл, получая его с более низкимсодержанием оксидных неметаллических включений, а также получать сталь с болеенизким содержанием серы в связи с ее хорошим удалением в безокислительный шлак.

— Плавно и точнорегулировать температуру металла.

Эти печиимеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами. Вэлектропечах можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуруметалла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу иливакуум. В этих печах можно выплавлять сталь и сплавы любого состава, болееполно раскислить металл с образованием минимального количества неметаллическихвключений–продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавкиконструкционных сталей ответственного назначения, высоколегированных,инструментальных, коррозионно-стойких (нержавеющих) и других специальных сталейи сплавов.

Основная дуговая печь.

Производство стали вэлектропечах относится к области техники, именуемой общим понятием«электрометаллургия». По сути, электрометаллургия охватывает все промышленныеспособы получения металлов и сплавов с помощью электрического тока (в сталеплавильныхэлектропечах, в руднотермических печах, в агрегатах электрохимическихпроизводств и др.) Чаще всего под словом «электрометаллургия» понимают отрасльтехники, в которой стали и сплавы получают с использованием электрическойэнергии как источника тепла, а с понятием «электропечь» связываютсоответствующий агрегат для получения стали и сплавов. Принятая классификацияплавильных электрических печей (или просто электропечей) основана на главномпризнаке – способе превращения электрической энергии в тепловую.

В соответствии с этимэлектропечи для плавки металлов можно разделить на несколько групп./>

Печи сопротивления

В соответствии сизвестными законами физики при прохождении тока по проводнику в нем выделяетсятепло (количество которого зависит от силы тока и электросопротивления). Вкачестве элемента сопротивления может использоваться сам металл (прямой нагрев)или другой материал (косвенный нагрев)./>

Дуговые сталеплавильныепечи (ДСП)

В данных печахпреобразование электрической энергии в тепловую происходит в электрической дугеи выделяемое при этом тепло передается металлу либо с помощью излучения(косвенное действие, дуга горит между электродами), либо непосредственно засчет теплопроводности (прямой нагрев, дуга горит между электродом и металлом).

Схема центробежноголитья на машинах с вертикальной осью вращения

Центробежный способ литьяприменяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения(втулок, обечаек для поршневых колец, труб, гильз) из цветных ижелезоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит взаливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму(изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкамформы, растекается вдоль них и затвердевает.

/>

Рис. 3. Схемаполучения отливки при вращении формы вокруг вертикальнной оси: 1- ковш, 2- форма, 3- шпиндель, 4-электродвигатель, 5- расплав, 6- отливка

При получении отливок сосвободной параболической поверхностью при вращении формы вокруг вертикальнойоси (рис. 3.) расплав из ковша 1 заливают в форму 2, закрепленную на шпинделе3, приводимом во вращение электродвигателем 4. Расплав 5 под действиемцентробежных и гравитационных сил распределяется по стенкам формы 2 изатвердевает, после этого вращение формы прекращают и извлекают из неезатвердевшую отливку 6.

Отливки с внутреннейповерхностью сложной конфигурации получают с использованием стержней (рис. 4а.)в формах с вертикальной осью вращения. Так отливают венцы зубчатых колес.Расплав из ковша через заливочное отверстие и стояк 1 поступает в центральнуюполость 2 формы, выполненную стержнями 3 и 4, а затем через щелевые питатели(под действием центробежных сил) в рабочую полость формы. Технологический выходгодного здесь меньше, чем в предыдущем способе. Избыток 5 расплава (сверх массыотливок) в центральной полости 2 формы служит прибылью и питает отливки призатвердевании.

/>

Рис 4. Схема полученияфасонных отливок: а- венцов шестеренб — мелких фасонных отливок, 1- стояк, 1- нижняя полуформа, 2-центральная полость формы 2- верхняя полуформа, 3 и 4- стержни 3- рабочаяполость формы, 5- прибыль4- стержень

Мелкие фасонные отливкиизготовляют по варианту (рис.4б.), в котором применяют, например, песчануюформу. Части формы 1 и 2 устанавливают на центробежный стол и крепят на нем.При необходимости используют стержни 4. Рабочие полости 3 должны располагатьсясимметрично относительно оси вращения для обеспечения балансировки формы.Расплав заливают через центральный сток, из которого по радиальным каналам онпопадает в полости формы. ТВГ при таком способе литья приближается к выходугодного при литье в песчаные формы. При центробежном литье можно использоватьпесчаные, металлические, оболочковые и объемные керамические, комбинированныеформы. Получение отливки с геометрически правильной свободной поверхностьювозможно лишь при определенной угловой скорости вращения (определяющейгравитационный коэффициент). При недостаточной скорости вращения свободнаяповерхность отливки искажается, повышается ее шероховатость, расплав плохоочищается от неметаллических включений, завышенная скорость может приводить кобразованию в отливках трещин, усилению механического пригара и ликвационныхпроцессов.

Сущность и особенностиэтого способа литья, достоинства, недостатки и области его применения

Сущность центробежноголитья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливкипроисходит при вращении формы вокруг горизонтальной, вертикальной, наклоннойоси или при сложном вращении формы. Это обеспечивает дополнительное воздействиена расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил. Процесс реализуетсяна специальных центробежных машинах и столах. Чаще используют два вариантаспособа, при которых расплав заливается в форму с горизонтальной осью вращенияили с вертикальной осью вращения. В первом случае получают отливки — телавращения малой и большой протяженности, во втором — тела вращения малойпротяженности и фасонные отливки.

Преимуществацентробежного литья:

-возможность улучшениязаполняемости форм расплавом под действием давления, развиваемого центробежнымисилами; повышение плотности отливок вследствие уменьшения усадочных пор,раковин, газовых, шлаковых и неметаллических включений;

-уменьшение расходаметалла и повышение выхода годного благодаря отсутствию литниковой системы приизготовлении отливок типа труб, колец, втулок или уменьшению массы литников приизготовлении фасонных отливок;

-исключение затрат настержни при изготовлении отливок типа втулок и труб. Наряду с высокойпроизводительностью и простотой процесса центробежный способ литья по сравнениюс литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечиваетболее высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли ивыпоры, увеличивает выход годного литья на 20...60 %.

Особенности формированияотливки обусловливают и недостатки этого способа литья:

-высокая стоимость форм иоборудования и ограниченность номенклатуры отливок,

-трудности полученияотливок из сплавов склонных к ликвации;

-загрязнение свободнойповерхности отливок неметаллическими включениями и ликватами; — неточностьразмеров и необходимость повышенных припусков на обработку свободныхпо-верхностей отливок, вызванная скоплением неметаллических включений вматериале отливки вблизи этой поверхности и отклонениями дозы расплава,заливаемого в форму.

Наивысшиетехнико-экономические показатели центробежного способа достигаются приполучении пустотелых цилиндрических отливок с различными размерами и массой(длиной до нескольких метров и массой до нескольких тонн): труб различногоназначения из чугуна, стали, цветных и специальных сплавов; втулок и гильз длястационарных и транспортных дизелей; колец подшипников качения и др. Большоераспространение получило центробежное литье для биметаллических изделий,изделий из сплавов с низкой жидкотекучестью и высоким поверхностным натяжением,при необходимости получения тонкостенных отливок со сложной геометрией имикрорельефом поверхности. К ним относятся, например, турбинные диски слопатками, отливки художественного и ювелирного назначения (серьги, кулоны,перстни и др.). Для таких изделий применяют керамические оболочковые формы повыплавляемым моделям, гипсовые формы, кокили и др. Эффективность достигаетсяпри этом вследствие возможности получения отливок без стержней, практически безотходов металла на литники и прибыли; получения высокого

Формы. Для изготовленияотливок центробежным способом применяют различные литейные формы:металлические, песчаные, комбинированные (металлические с песчаными стержнями),керамические, оболочковые по выплавляемым моделям и др. Формы могут бытьпредназначены для изготовления отливок на машинах с горизонтальной ивертикальной осью вращения формы, для длинных или коротких отливокцилиндрической формы, для получения фасонных отливок; конструкция формы зависиттакже от характера производства (единичное, серийное, массовое).

Литье втулок, колец,венцов из цветных сплавов. Для производства втулок бронзовых, бронзовыхвкладышей, подшипников скольжения, единичного крупногабаритного бронзовоголитья массой до 3-х тонн, венцов бронзовых для редукторов, лифтов, бронзовыхвенцов червячных передач и венцов из медных сплавов применяют металлические иреже песчаные формы. Втулки бронзовые, небольших и средних размеров из медныхсплавов отливают в формы, рабочая поверхность которых покрыта ацетиленовойсажей или графитовой краской. Форму перед заливкой нагревают до температуры80…400 0C. Частоту вращения изложницы выбирают с учетом зависимостей,приведенных в разделе 5.4. Однако, например, отливки из медных сплавов,склонных к ликвации (высокосвинцовистые бронзы), во избежание ликвации отливаютпри частоте вращения изложницы менее критической, в режиме намораживания, приинтенсивном охлаждении изложницы.

Для получениякачественных отливок из медных сплавов важно выдерживать определеннуютемпературу заливки. Небольшие втулки и кольца из цветных сплавов изготовляютна многошпиндельных машинах с вертикальными осями вращения изложниц.

Центробежное литьепринадлежит к литейным процессам, основные операции которых выполняются сиспользованием машин. В зависимости от назначения машины для центробежноголитья разделяют на универсальные, предназначенные для изготовления отливокоб-щего назначения, труболитейные, предназначенные для изготовления чугунных истальных труб, в том числе труб большого диаметра, специального назначения,предназначенные для изготовления однотипных отливок в массовом производств(гильзы двигателей внутреннего сгорания, биметаллические отливки и т. д.), атакже валков прокатных станов и бумагоделательных машин. К последнему типуможно отнести и многошпиндельные машины для изготовления мелких отливок изцветных сплавов.

В зависимости отрасположения в пространстве оси вращения изложницы различают машины сгоризонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения. В зависимости отконструктивного исполнения различают шпиндельные, роликовые машины ицентробежные столы.

Сущность процессовупругой и пластической деформации с точки зрения кристаллического строенияметаллов

Деформация — изменениеформы и размеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок.Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую). Кдеформациям относятся такие явления, как сдвиг, сжатие, растяжение, изгиб икручение.

Деформация может бытьупругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся послеснятия нагрузки.

Упругой деформациейназывают такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. теловосстанавливает свою первоначальную форму. Пластическая деформация остаетсяпосле снятия внешней нагрузке, (тело не восстанавливает первоначальную форму иразмеры).

Пластическая деформациясопровождается смещением одной части кристалла относительно другой нарасстояние, значительно превышающие расстояния между атомами в кристаллическойрешетке металлов и сплавов.

Способность металлов исплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. всепроцессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформированиизаготовок.

Величина пластическойдеформации не безгранична, при определенных ее значениях может начинатьсяразрушение металла.

При пластическойдеформации изменяется не только форма, но и свойства деформируемого металла. Вреальном поликристаллическом металле происходит изменение форм зерен(кристаллитов) дробление отдельных зерен, а также ориентация их определенныхкристаллографических осей в направлении течения металла. Преимущественнаяориентация зерен называется текстурой. Текстура металлов обусловливаетанизотропию их механических, магнитных и электрических свойств. В общем случаеанизотропия свойств металла отрицательно сказывается при дальнейшей егообработки и эксплуатации изделий. В некоторых случаях специально стремятсясоздать максимально текстурованный в определенных направлениях для повышениямеханической прочности или магнитно-электрических свойств.

При растяжениимонокристалла возрастают расстояния между атомами, а при сжатии атомысближаются. При смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс силпритяжения и электростатического отталкивания. После снятия нагрузки смещенныеатомы из-за действия сил притяжения или отталкивания возвращаются в исходноеравновесное состояние и кристаллы приобретают первоначальные размеры форму.

Самое малое напряжениевызывает деформацию, причем начальные деформации являются всегда упругими и ихвеличина находится в прямой зависимости от напряжения. Основными механическимисвойствами являются прочность, пластичность, упругость.

Важное значение имеетпластичность, она определяет возможность изготовления изделий различнымиспособами обработки давлением. Эти способы основаны на пластическомдеформировании металла.

Материалы, которые имеютповышенную пластичность, менее чувствительны к концентраторам напряжений. Дляэтого проводят сравнительную оценку различных металлов и сплавов, а такжеконтроль их качества при изготовлении изделий.

Определениепластичности и влияние на нее химического состава, структуры, температурынагрева скорости и степени деформации

Физическая природадеформации металлов

Под действием напряженийпроисходит изменение формы и размеров тела. Напряжения возникают при действиина тело внешних сил растяжения, сжатия, а также в результате фазовыхпревращений и некоторых других физико-химических процессов, которые связанны сизменением объема. Металл, который находится в напряженном состоянии, при любомвиде напряжения всегда испытывает напряжения нормальные и касательные,деформация под действием напряжений может быть упругой и пластической.Пластическая происходит под действием касательных напряжений.

Упругая – это такаядеформация, которая после прекращения действия, вызвавшего напряжение, исчезаетполностью. При упругом деформировании происходит изменение расстояний междуатомами в кристаллической решетке металла.

С увеличением межатомныхрасстояний возрастают силы взаимного притяжения атомов. При снятии напряженияпод действием этих сил атомы возвращаются в исходное положение. Искажениерешетки исчезает, тело полностью восстанавливает свою форму и размеры. Еслинормальные напряжения достигают значения сил межатомной связи, то произойдетхрупкое разрушение путем отрыва. Упругую деформацию вызывают небольшиекасательные напряжения.

Пластической называетсядеформация, остающаяся после прекращения действия вызвавших ее напряжений. Припластической деформации в кристаллической решетке металла под действиемкасательных напряжений происходит необратимое перемещение атомов. При небольшихнапряжениях атомы смещаются незначительно и после снятия напряженийвозвращаются в исходное положение. При увеличении касательного напряжениянаблюдается необратимое смещение атомов на параметр решетки, т. е. происходит пластическаядеформация.

При возрастаниикасательных напряжений выше определенной величины деформация становитсянеобратимой. При снятии нагрузки устраняется упругая составляющая деформации.Часть деформации, которую называют пластической, остается.

При пластическойдеформации необратимо изменяется структура металла и его свойства. Пластическаядеформация осуществляется скольжением и двойникованием.

Скольжение вкристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с плотнойупаковкой атомов, где сопротивление сдвигу наименьшее. Это объясняется тем, чторасстояние между соседними атомными плоскостями наибольшее, т. е. связь междуними наименьшая. Плоскости

скольжения и направленияскольжения, лежащие в этих плоскостях, образуют систему скольжения. В металлахмогут действовать одна или одновременно несколько систем скольжения.

Металлы с кубическойкристаллической решеткой (ГЦК и ОЦК) обладают высокой пластичностью, скольжениев них происходит во многих направлениях.

Процесс скольжения неследует представлять как одновременное передвижение одной части кристаллаотносительно другой, оно осуществляется в результате перемещения в кристалледислокаций. Перемещение дислокации в плоскости скольжения ММ через кристаллприводит к смещению соответствующей части кристалла на одно межплоскостноерасстояние, при этом справа на поверхности кристалла образуется ступенька.

Схемаацетиленокислородного пламени и его строение

плавка стальмедь сварка

Строение, температура ивлияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от соотношениякислорода и ацетилена в горючей смеси. Горение ацетилена может бытьпредставлено следующей реакцией, протекающей в две стадии:

С2Н2 + 2,5О2 = 2СО2 +Н2ОпаР

В первой стадии в горелкуподают один объем ацетилена и один объем кислорода (С2Н2 + О2 = 2СО + Н2). Вовторой стадии за счет кислорода окружающего воздуха протекает реакция

2СО + Н2 + 1,5О2 = 2СО2 +Н2О

В зависимости отсоотношения кислорода и ацетилена в исходной горючей смеси различают три видакислородно-ацетиленового пламени:

— нейтральное, илинормальное восстановительное, пламя при соотношении О2: С2Н2 = 1:1,2; такимпламенем сваривают большинство металлов и сплавов;

— науглероживающее пламяпри соотношении О2: С2Н2<1, т. е. при избытке ацетилена. Ядро пламени приэтом удлиняется по сравнению с ядром нормального пламени; пламя теряет резкиеочертания. Такое пламя применяют при сварке чугуна и наплавке быстрорежущихсталей и твердых сплавов;

— окислительное пламя присоотношении О2: С2Н2>1,2, т. е. при избытке кислорода. Пламя при этомприобретает голубоватый оттенок, размеры ядра пламени уменьшаются; применяютпри сварке латуней.

На рис. 5 показана схемастроения нормального сварочного пламени, образующегося при горении ацетилена.Пламя состоит из трех зон: ядра 1, восстановительной зоны 2 и окислительнойзоны 3. Ядро пламени имеет вид усеченного конуса с округленным концом.

/>

Рис. 5. Схема строениянормального ацетилено-кислородного пламени и график распределения температурыпо его длине

Эта часть пламени состоитиз смеси кислорода и раскаленных продуктов разложения ацетилена и кислорода(самая яркая часть пламени).

В восстановительной зонепроисходит выделение тепла в основном за счет окисления раскаленных частицуглерода в окись углерода. Наивысшая температура в этой зоне (до 3150°С)создается на расстоянии 3-5 мм от конца ядра пламени; эта зона имеетхарактерное синеватое свечение.

Находящиеся ввосстановительной зоне продукты горения ацетилена СО и Н2 нагревают ирасплавляют металл; они также могут восстанавливать окислы, в том числеобразующиеся при сварке окислы железа.

В окислительной зоне приизбытке кислорода воздуха СО догорает в СО2 и Н2 в Н2ОпаР. Эта часть пламениимеет желтоватую окраску с красным оттенком. Газообразные продукты этой зоныобладают окислительной способностью. Однако они препятствуют контактурасплавленного металла с воздухом.

Особенности сваркимеди

Сварка меди и медныхсплавов, благодаря ее физическим свойствам, имеет ряд специфическихособенностей, отличных от технологии сварки железа и его сплавов. В медивстречаются примеси: кислород, висмут, свинец, сера, фосфор, сурьма и мышьяк, —которые в значительной степени ухудшают условия сварки.

Наиболее опасен висмут,так как образует хрупкие соединения и легкоплавкие эвтектики (271°),располагающиеся по границам зерен. Кроме того, при нагревании выше 400° медь скислородом образует окись CuO и закись Cu2O меди. Последняя образует с медьюхрупкую эвтектику с температурой плавления 1065°. При остывании металла шваэвтектика кристаллизуется в последнюю очередь, располагаясь по границам зерен иделая тем самым сплав хрупким. При наличии водорода закись меди вступает с нимв реакцию, образуя пары воды: Cu2O + H2= H2O + 2Cu. Пары воды не растворимы вмеди и при нагревании создают давление в металле, вызывая в нем трещины. Этоявление носит название водородной болезни.

Медь сваривают газовой,дуговой и контактной сваркой. В последнее время начинают применятьаргоно-дуговую сварку. При газовой сварке меди в зависимости от толщинысвариваемых деталей применяют следующие присадочные прутки:

1) из чистойэлектролитической меди (99,9%) для изделий толщиной до 1—2 мм;

2) с содержанием 0,2%фосфора для изделий толщиной 3—10 мм;

3) с содержанием 0,2%фосфора и от 0,15 до 0,30 % кремния для изделий толщиной свыше 10 мм.

Однако наличие примесейфосфора резко снижает теплопроводность металла шва, что для ответственныхконструкций, работающих в условиях высоких температур, приводит к местномуперегреву шва и как следствие к образованию трещин.

Схемы отделочныхметодов обработки поверхностей (притирка, полирование, обработка абразивнымилентами, абразивно-жидкостная обработка, хонингование, суперфиниширование)

Отделочная обработкаповерхностей шлифовальными кругами и чистовыми резцами

Отделочную обработкупроводят для того, чтобы повысить точность и уменьшить шероховатостьповерхностей. Для отделочных методов характерны малые силы резания, небольшаяглубина резания, незначительное тепловыделение.

Тонкое шлифованиепроизводят мелкозернистыми кругами при весьма малой глубине резания и обильнойподаче охлаждающей жидкости. Особую роль играет жесткость доводочных станков,способных обеспечить безвибрационную работу.

Тонкое обтачиваниеприменяют вместо шлифования. Процесс происходит при высоких скоростях главногодвижения резания, малых глубинах и подачах. Для отделки поверхностей используютрезцы с широкими режущими кромками, которые располагают строго параллельно осиобрабатываемой заготовки.

Обтачивание алмазнымирезцами применяют для заготовок из цветных металлов и сплавов, пластмасс идругих неметаллических материалов.

Тонкое растачивание частоиспользуют вместо шлифования, особенно в тех случаях, когда тонкостенныезаготовки выполнены либо из вязких цветных сплавов, либо из стали, а также еслипо условиям работы детали недопустимо наличие абразивных зерен в порахобработанной поверхности.

Полирование

Полирование применяют дляполучения высокой точности и зеркального блеска ответственных частей деталей,например, дорожек качения подшипников. Обработку заготовки 1 производятполировальными пастами, которые наносятся на быстровращающиеся эластичные кругиили колеблющиеся щетки 2 (рис.6, а, б). Хорошие результаты дает полированиебыстродвижущимися бесконечными абразивными лентами (шкурками) (рис.6, в).Эластичная лента огибает всю шлифуемую поверхность, поэтому движения подачимогут отсутствовать.

/>

Рис. 6. Схемыполирования поверхностей

Полировальные кругиизготавливают из войлока, фетра, кожи, капрона и других материалов. Процессполирования выполняют на больших скоростях (до 50 м/c). Заготовка прижимается ккругу с усилием Р (рис. 4.26, б) и совершает движения подачи Dsпр и Dsкр всоответствии с профилем обрабатываемой поверхности.

В процессе полирования неисправляются погрешности формы, а также местные дефекты предыдущей обработки.

Абразивно-жидкостнаяотделка

Отделка фасонныхповерхностей обычными методами вызывает большие технологические трудности.Абразивно-жидкостная отделка позволяет решить задачу сравнительно просто. Наобрабатываемую поверхность, имеющую следы предшествующей обработки, подаетсяструя антикоррозионной жидкости со взвешенными частицами абразивного порошка(рис. 7, а). Водно-абразивная суспензия перемещается под давлением с большойскоростью. Частицы абразива ударяются о поверхность заготовки и сглаживаютмикронеровности, выполняя работу полирования. Содержание абразивного порошка всуспензии составляет 30-35 %.

При жидкостномполировании обрабатываемая заготовка 3 сложного профиля перемещается в камере 4так, чтобы все ее участки подверглись полированию (рис. 7, б).

/>

Рис. 7. Схемаабразивно-жидкостной отделки

Абразивная суспензия 1,помещенная в баке 2, подается насосом 6 в рабочую камеру 4 через твердосплавноесопло 5. Отработанная суспензия поступает обратно в бак 2 и может бытьиспользована многократно.

Жидкостное полирование неповышает точность размеров и формы, а только уменьшает шероховатостьповерхности.

Притирка

Поверхности деталеймашин, обработанные на металлорежущих станках, всегда имеют отклонения отправильных геометрических форм и заданных размеров. Эти отклонения могут бытьустранены притиркой (доводкой). Притиркой достигаются наивысшая точность инаименьшая шероховатость поверхности.

Процесс осуществляется спомощью притиров соответствующей геометрической формы. На притир наносятпритирочную пасту или мелкий абразивный порошок со связующей жидкостью.Материал притиров должен быть мягче обрабатываемого материала. Паста илипорошок внедряются (рис. 8, а) в поверхность притира 2 и удерживаются ею, нотак, что при движении D относительно заготовки 1 каждое абразивное зерно можетснимать весьма малую стружку. Поэтому притир можно рассматривать как оченьточный абразивный инструмент.

/>

Рис. 8. Схемы притирки

Притир или заготовкадолжны совершать разнонаправленные движения. Наилучшие результаты дает процесс,в ходе которого траектории движения каждого зерна не повторяются.

Для обработки наружнойцилиндрической поверхности (рис. 8, б) применяют притир 2 в виде втулки,имеющей ряд прорезей, необходимых для его полного прилегания к обрабатываемойповерхности под действием силы Р. Притиру сообщают возвратно-вращательноедвижение D1 и возвратно-поступательное движение D2. Возможно также равномерноевращательное движение заготовки 1 и одновременное движение D2. Аналогичныедвижения выполняются при притирке отверстий (рис. 8, в), однако притир долженравномерно разжиматься под действием силы Р. Приведенные схемы притиркиосуществляются на притирочных станках.

Хонингование

Хонингование применяютдля получения отверстий высокой точности и малой шероховатости, а также длясоздания специфического микропрофиля обработанной поверхности в виде сетки дляудержания на стенках отверстия смазочного материала при работе машины,например, двигателя внутреннего сгорания.

Поверхность неподвижнойзаготовки обрабатывают мелкозернистыми абразивными брусками, которые закрепляютв хонинговальной головке (хоне), являющейся режущим инструментом. Инструментвращается (D1) и одновременно перемещается возвратно-поступательно (D2) вдольоси обрабатываемого отверстия (рис. 9, а). Сочетание движений приводит к тому,что на обрабатываемой поверхности появляется сетка микроскопических винтовыхцарапин — следов перемещения абразивных зерен. Угол q пересечения этих следовзависит от соотношения скоростей движений D1 и D2.

/>

Рис. 9. Схемахонингования

Крайнее нижнее 1 иверхнее 2 положения абразивных брусков (рис. 9, б), указанные на разверткевнутренней цилиндрической поверхности, устанавливают так, что создается перебегn. Перебег необходим для того, чтобы образующие отверстия были прямолинейнымидаже при неравномерном износе брусков. Абразивные бруски постоянно контактируютс обрабатываемой поверхностью, так как они раздвигаются в радиальныхнаправлениях механическими, гидравлическими и другими устройствами.

Хонингованием исправляюттакие отклонения от правильной геометрической формы, как овальность, конусностьи другие, если эти отклонения не превышают 0,2 мм. Отклонения расположения оси отверстия этим методом не исправляются

Суперфиниширование

Отделку поверхностейсуперфинишированием выполняют для уменьшения шероховатости, оставшейся отпредыдущей обработки. При этом меняется высота

и вид микровыступов, аобработанная поверхность приобретает сетчатый рельеф. Суперфинишированиемобрабатывают плоские, цилиндрические, конические, сферические поверхностизаготовок.

Обработка ведетсяабразивными брусками, которые устанавливают в специальной головке. Длясуперфиниширования характерно колебательное движение брусков одновременно сдвижением заготовки. Резание производится при давлении брусков 3-5 МПа сприменением смазочного материала малой вязкости.

/>

Рис. 10. Схемасуперфиниширования

При обработке цилиндрическойповерхности (рис. 10, а) сетка микронеровностей создается сочетаниемвращательного движения D1 заготовки, возвратно-поступательного ее перемещенияDsпр и колебательного движения D2 брусков вдоль оси заготовки. Движение D2ускоряет съем металла и улучшает однородность поверхности.

Важную роль играетсмазочно-охлаждающая жидкость. Масляная пленка покрывает обрабатываемуюповерхность, но наиболее крупные выступы (рис. 10, б) прорывают ее и в первуюочередь срезаются бруском. По мере обработки давление бруска снижается, так каквсе больше число выступов прорывает масляную пленку, и, наконец, наступаеттакой момент (рис. 10, в), когда давление бруска не может разорвать пленку, онастановится сплошной. Создаются условия для жидкостного трения. Процесс отделкиавтоматически прекращается.

Суперфиниширование неустраняет отклонения формы, полученные во время предшествующей обработки(волнистость, конусность, овальность и др.).

Список используемойлитературы

Вишневецкий Ю.Т. Материаловедение длятехнических колледжей./ М., Высшее образование; 2008г. – 467с.

Чередниченко В.С. Материаловедение.Технология конструкционных материалов/ СПб., Омега-Л; 2008г. – 346с.

Дальский А.М. технологияконструкционных материалов./А.М. Дальский и др..-М.: Машиностроение; 2005. –592с.

Лахтин Ю.М.,. –Материаловедение./Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган. — М.: Машиностроение; 1990. – 528с.

Кнорозов Б.В., Технологияметаллов./Б.В. Кнорозов – М.: Металлургия; 1978. 300с.