Контрольная работа по "Материаловедение"

ГОУ СПО Тюменский  лесотехнический техникум

Шифр 157

Контрольная работа

______________Материаловедение_______________

^{наименование  дисциплины}

студента 3 курса, специальности 

«Техническая  эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования»

Ружникова

 Вячеслава  Владимировича

Домашний адрес:

625000, г. Тюмень,

ул. Самарцева, д. 3, кв. 310

1. Описать, какова связь  между структурой сплавов и  их химическими, механическими  и технологическими свойствами  и ее влияние на выбор технологии обработки металлов.

Металловедение - наука о металлах и сплавах. Она  устанавливает связь между свойствами, структурой, составом и обработкой металлов и сплавов.  
       Свойства металлов и сплавов (механические, физические, химические, технологические) зависят от их структуры, а структура, в свою очередь, зависит от обработки (термической, химико-термической, холодной и горячей пластической деформации, сварки и т.д.).  
       Металловедение знакомит с теми законами, по которым структура металлов и сплавов изменяется в зависимости от их обработки и состава, и с теми внутренними превращениями, которые протекают в сплавах при изменении температуры или химическом и механическом воздействии на них.  
       Вместе с этим, металловедение даёт нам знания о применении металлов и сплавов, указывает на пути рационального выбора их для определенного назначения.  
       В развитие металловедения большой вклад внесли русские, советские ученые, среди которых Н.С. Курнаков, И.Н. Байков, С.С. Штейберг, М.Е. Блантер, Я.Б. Фридман, Ю.М. Лахтин, А.А. Бочвар, И.А. Одинг, И.В. Кудрявцев, И.Н. Богачёв, Ю.А. Геллер, И.И. Сидорин и др., но основоположниками научного металловедения по праву являются русские инженеры Павел Петрович Аносов и Дмитрий Константинович Чернов.

1. Свойства металлов

Свойства металлов подразделяют на: физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные.

1.1 Физические свойства

К физическим свойствам  металлов и сплавов относятся:

- плотность - количество вещества, содержащегося в единице объема, г/см3;

- температура плавления, oС - температура, при которой металл полностью переходит из твердого состояния в жидкое;

- теплопроводность - это способность тел передавать с той или иной скоростью тепло при нагревании и охлаждении.;

- тепловое расширение - металлы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Изменение линейного размера при нагреве называют линейным расширением; изменение объема тела - объемным расширением;

- удельная теплоемкость - это количество тепла, которое необходимо для повышения температуры 1 г вещества на°С;

- электропроводность - способность металлов проводить электрический ток. Под удельным электрическим сопротивлением ? понимают сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2;

- способность намагничиваться - это способность металла создавать собственное магнитное поле либо самостоятельно, либо под действием внешнего магнитного поля.

1.2 Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами, тем быстрее он разрушается. Химическое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды называют коррозией.

Металлы, стойкие к  окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалиностойкими. Такие металлы применяют для  изготовления деталей, которые эксплуатируются  в зоне высоких температур.

Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за единицу времени.

Химические свойства металлов обязательно учитываются  при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

Например, металлы и  сплавы, стойкие против окисления  при сильном нагреве (жаростойкие, окалиностойкие) применяются для  изготовления различных сильно нагревающихся  деталей автомобилей (выпускные коллекторы, глушители).

1.3 Механические свойства

К основными механическим свойствам металлов относятся:

- твёрдость,

- прочность,

- пластичность,

- вязкость.

Твердость является одной из важнейших  характеристик. Твёрдость - это свойство металла оказывать сопротивление пластической деформации при проникновении в него другого более твердого тела на поверхностные слои материала. Измерение твёрдости имеет широкое применение для контроля качества изделий.

В зависимости от методов испытания  различают значение твердости по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу. Твердость по Бринеллю обозначают символом HB (твердостью менее 450 единиц) и HBW (твердостью более 450 единиц). Твердость по Виккерсу обозначают буквами HV. Твердость по Роквеллу обозначают символом HR с указанием шкалы твердости A, B или C.

Под деформацией (рис.1, приложение А) металла понимают изменение формы  и размеров тела под действием  внешних воздействий или внутренних сил. Деформация в твердых телах  может быть упругой и пластической. Упругой называется деформация, полностью исчезающая после прекращения действующих на неё нагрузок, и пластической если она после снятия нагрузок не исчезает.

Прочность - способность металла  сопротивляться деформациям и разрушению. Под разрушением понимают процесс  развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части. Прочность определяют в результате статического испытания на растяжение.

Пластичность - способность металла  к пластической деформации (т.е. получению  остаточных изменений формы и  размеров без нарушения сплошности). Пластичность используют при обработке металлов давлением.

Вязкость - это способность металла  поглощать механическую энергию  внешних сил за счёт пластической деформации.

1.4 Технологические  свойства

Под технологическими свойствами понимают способность подвергаться различным видам обработки.

Технологические свойства определяют при технологических пробах, которые  дают качественную оценку пригодности  металлов к тем или иным способам обработки. Образец, подвергнутый технологической  пробе (рис.2, приложение Б), осматривают. Признаком того, что образец выдержал испытание, является отсутствие трещин, надрывов, расслоения или излома.

Из технологических свойств  наибольшее значение имеют:

- обрабатываемость резанием,

- свариваемость,

- ковкость,

- прокаливаемость

- литейные свойства.

Обрабатываемость резанием - комплексное свойство металла, характеризующее  способность его подвергаться обработке  резанием и определяется по скорости, усилию резания и по чистоте обработки. Испытания по скорости и усилию резания производятся путем сравнения показателей, полученных при обработке данного металла, с показателями обрабатываемости эталонной марки стали (автоматная сталь марки А12). Показатель чистоты обработанной поверхности определяется измерением высоты неровностей, образующихся на поверхности металла после снятия стружки режущим инструментом.

Свариваемость - способность  металла давать доброкачественное  соединение при сварке, характеризуется  отсутствием трещин и других пороков  в швах и прилегающих к шву  зонах основного металла. Хорошей свариваемостью обладают конструкционные стали; значительно худшую свариваемость имеют чугуны, медные и алюминиевые сплавы, которые требуют специальных технологических условий при сварке.

Ковкость - способность  металлов и сплавов без разрушения изменять свою форму при обработке давлением. Многие металлы и сплавы обладают достаточно хорошей ковкостью в нагретом состоянии, а в холодном состоянии - латунь и алюминиевые сплавы; пониженной ковкостью характеризуется бронза.

Прокаливаемость - способность стали воспринимать закалку на определенную глубину от поверхности. Она зависит от присутствия легирующих элементов в составе и размеров зерен структуры.

Литейные свойства металлов и сплавов характеризуются жидкотекучестъю  и усадкой.

Жидкотекучесть - способность металла или сплава в расплавленном состоянии заполнять литейную форму. Для повышения жидкотекучести к ним добавляют легирующие компоненты, например, фосфор - в медные сплавы и чугун, кремний - в алюминиевые сплавы.

Усадкой называется уменьшение объема расплавленного металла или сплава при его затвердевании. На степень усадки влияют многие факторы: химический состав расплава, скорость охлаждения и др.

Металлы - наиболее распространенные и широко используемые материалы  в производстве и в быту человека. Особенно велико значение металлов в наше время, когда большое их количество используют в машиностроительной промышленности, на транспорте, в промышленном, жилищном и дорожном строительстве, а также в других отраслях народного хозяйства.

Все материалы, применяемые  в машиностроении, разделяются на две основные группы - металлические  и неметаллические.

К металлическим материалам относятся металлы и их сплавы. В природе примерно четыре пятых  всех элементов приходится на долю черных и цветных металлов.

Практическое значение металлов неодинаково. Наибольшее применение приобрели сплавы на основе Fe, составляющие подгруппу черных металлов. Остальные  металлы и их сплавы относятся  к подгруппе цветных.

Свойства материалов зависят от кристаллической структуры. Располагая данными о строении можно судить, об их свойствах и пригодности для работы в определенных условиях эксплуатации.

В машиностроении широкое  применение нашли цветные металлы  и их сплавы на основе меди, алюминия, магния, титана.

2. Описать сущность процесса цементации стали и указать область ее применения.

Сущность процесса цементации.

Цементация - это химико-термическая  обработка, при которой поверхность  стальных деталей насыщается углеродом.

Цель цементации - получение  на поверхности детали высокой твердости и износостойкости в сочетании с вязкой сердцевиной.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода 0,1 - 0,2%. Насыщение поверхностного слоя происходит при нагреве детали до определенной температуры в среде, легко выделяющей углерод в активном состоянии. В результате изменения химического состава поверхностного слоя меняется также его фазовый состав и микроструктура. Основные параметры химико-термической обработки - температура и продолжительность выдержки. Она обеспечивает получение упрочненного слоя одинаковой толщины от поверхности. На поверхности концентрация углерода достигает 1,1 - 1,2 %. Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств вторичного цементита, сообщающего слою повышенную хрупкость. Глубина цементованного слоя зависит не только от температуры, при которой осуществляется процесс, но и от времени выдержки при этой температуре (рис. I).

Обычно скорость цементации составляет примерно 0,1 мм за 1ч выдержки. Поскольку глубина цементованного слоя редко требуется более 0,5 мм, процесс осуществляют,- за 8 - 12 часов. Цементацию проводят в твердом, жидком и газообразном карбюризаторах. Среда, поставляющая углерод к поверхности детали, подвергаемой цементации, называется карбюризатором.

Твердая цементация производится в специальных ящиках, в которых  детали 1 (см.рис.2) укладываются попеременно  с карбюризатором 2. Ящики закрываются  крышками и замазываются огнеупорной глиной для предотвращения утечки газов.

В качестве твердого карбюризатора  используют дубовый или Березовый  древесный уголь и активизаторы ВаСО₃ или Nа₂СО₃ (сода). При нагреве до температуры 930 - 950°С идут диффузионные процессы при которых образующиеся активные атомы углерода диффундируют в кристаллическую решетку железа. Процесс цементации в твердом карбюризаторе проводят выше Ас₃, когда сталь находится в аустенитном состоянии, в котором растворяется до 2 % углерода. Процесс твердой цементации - продолжительная операция и занимает в зависимости от требуемой глубины цементации несколько часов. Такая продолжительность процесса объясняется

малой скоростью прогрева ящика, наполненного нетеплопроводным карбюризатором. Для контроля хода процесса цементации в ящик через  отверстия вставляет два контрольных  образца (свидетеля) 3, изготовленных из той же стали. По излому контрольных образцов судят, достигла ли глубина цементованного слоя заданной величины. Увеличение скорости цементации достигается применением цементации в газовых средах.

При газовой цементации (впервые была осуществлена Аносовым П.Д. на Златоустовском заводе) детали нагревают в герметичных печах в атмосфере углеродосодержащих газов. Для газовой цементации используют природный газ (содержит до 92 - 96 % метана) или искусственные газы, полученные пиролизом жидких углеводородов - керосина, бензола.