Контрольная работа по "Материаловедению"

1.Опишите последовательность  технологического процесса произодства  магния из карналита.

Магний широко применяют  в виде сплавов с алюминием, цинком и марганцем для изготовления деталей авиационных и автомобильных  двигателей. Магниевые сплавы обладают хорошими литейными свойствами, что  дает возможность получать из них  сложные отливки. Сплавы магния легко  поддаются свариванию и обработке  резанием.

Основными видами сырья для  производства магния являются магнезит, доломит, карналлит и бишофит. Главной  составляющей магнезита является MgCO₃, а доломита СаСО₃ • MgCO₃. Карналлит — это природный хлорид магния и калия MgCl₂ • КСl • 6Н₂O. Бишофит (MgCl₂ • 6Н₂O) получается при переработке карналлита или выпаривается из воды соленых озер и морей. Наиболее распространен в настоящее время электролитический способ производства магния, при этом магний в процессе электролиза получается из вводимого в электролит хлорида MgCl₂. Технология производства магния этим способом включает три стадии: получение безводного хлорида магния MgCl₂, электролиз с выделением из хлорида жидкого магния, рафинирование магния.

Производство хлорида  магния ведут тремя способами. Первый способ — обезвоживание карналлита MgCl₂ • KCl • 6Н₂O. Процесс осуществляют в две стадии. Первую проводят, нагревая карналлит в трубчатых вращающихся печах или печах кипящего слоя. Вторую — в основном в печах-хлораторах, имеющих плавильную камеру, где карналлит расплавляют при температурах 550—600 °С; две хлорирующие камеры, где продувкой хлором примеси (MgO) переводят в MgCl₂ и копильник расплава (миксер). На некоторых заводах вторую стадию проводят в электрических печах сопротивления, где карналлит расплавляют при температуре ~500°С и сливают в миксер. В обоих случаях жидкий карналлит сливают из миксеров в ковш и везут в электролизный цех. Обезвоженный карналлит содержит, %: MgCl₂ 47-52; KCl 40-46; NaCl 5-8.

 
Рис. 1. Шахтная печь для производства магния: 
1 — летка; 2 — угольные электроды; 3 — ремонтный люк; 4 — загрузочное устройство; 5 — гаэоотвод; б — футеровка; 7 — хлорные фурмы; 8 — шихта; 9 — угольные брикеты

 
Рис. 2. Схема магниевого диафрагменного электролизера

Второй способ производства хлорида магния заключается в  хлорировании магнезита или оксида магния, получаемого путем предварительного обжига магнезита. Процесс ведут  в шахтных электрических печах. В нижней части (рис. 1) расположены  в два ряда электроды 2; между ними находятся угольные брикеты, которые  при прохождении электрического тока нагреваются до ~ 750 °С. Шихту  загружают сверху, через фурмы 7 вдувают  хлор.

У фурм происходит хлорирование оксида магния: MgO + Сl₂ + С = MgCl₂ + СО. Хлористый магний плавится и скапливается на подине, периодически его выпускают в ковш и транспортируют в электролизный цех.

Третий способ — это  получение МgСl₂ в качестве побочного продукта в процессе восстановления титана магнием из TiCl₄ (см. ниже). Этот жидкий хлорид магния направляют в магниевое производство (магний и титан обычно производят на одном предприятии).

Электролитическое производство магния осуществляют в электролизере (рис. 2). Анодами служат графитовые пластины 7, а катодами — стальные пластины 2. Удельная плотность магния меньше удельной плотности электролита, и  поэтому магний всплывает. Хлор, выделяемый на аноде, тоже всплывает. Чтобы избежать взаимодействия хлора с магнием, а также короткого замыкания  анода и катода расплавленным  магнием, вверху устанавливают специальную  разделительную диафрагму 3.

Электролит состоит из МgСl₂ (5—17 %), KCl, NaCl и добавок СаF₂ и По мере расходования МgСl₂ в электролизер периодически заливают жидкие карналлит либо хлористый магний. Электролиз ведут при 670—720 °С. На катоде выделяется магний: Мg²⁺ + 2е —>на аноде — газообразный хлор 2Cl^- — 2е —> Применяют также термические способы производства магния с использованием в качестве восстановителя С, Si или СаС₂. Из них проще силикотермический способ, при котором пользуются специальными ретортами из хромоникелевой жаропрочной стали, помещаемыми в электропечь, отапливаемую газообразным топливом. В качестве сырья лучше всего брать доломит MgCO₃ • СаСО₃, а в качестве восстановителя — кремний ферросилиция. Магний получается высокой чистоты. 

Cl₂. Из электролизера откачивают хлор и 2—3 раза в сутки с помощью вакуум-ковшей с электрообогревом извлекают жидкий магний. 
В последнее время наряду с описанными выше диафрагменными электролизерами применяют бездиафрагменные.

Рафинирование магния осуществляют отстаиванием в печах, возгонкой  или электролизом. Наиболее распространен  первый способ, заключающийся в выдержке магния в печах сопротивления  под слоем флюса. При этом происходит отстаивание (переход в осадок) запутавшихся в расплаве частиц электролита и  шлама. Рафинирование возгонкой  осуществляют путем испарения магния в вакууме при 900 °С. Испаряющийся чистый магний осаждается в конденсаторе. Электролитическое рафинирование  магния схоже с аналогичным процессом  рафинирования алюминия по трехслойному методу. В электролизере внизу  у анода находится слой рафинируемого  магния, выше — слой электролита, а  над ним у катода накапливается  чистый магний.

 

2.Изложите технологическую  последовательность изготовления  отливок  по выплавляемым моделям.Отметьте,какие  технолгические особенности процесса  обеспечивают высокую точность  и высокий класс шероховатости  поверхности отливок. 

2.1.Сущность процесса заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в тонкостенные, неразъемные, разовые литейные формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям. Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов. Перед заливкой модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием и т.д. Для устранения остатков модельного состава и упрочнения форма нагревается и прокаливается. Заливка осуществляется в разогретые формы для улучшения заполняемости. 

 

 

     2.2.Материалы и оснастка.  

1)Модельная форма состоит  из модельного состава(парафин,  стеарин, церезин, канифоль и  т.д.).  

2)Формовочная смесь : 2ч.  пылевого кварца, 1ч. связующего  материала.  

3)Пресс-форма для изготовления  моделей.  

4)Литейная форма.  

5)Вибрационная установка.  

 

 

     2.3.Основные технологические операции изготовления форм и отливок.  

1)Приготовление модельного  состава.  

2)Изготовление моделей  отливки и элементов литниковой  системы или секции моделей.  

3)Сборка моделей или  секций моделей в блоки.  

4)Изготовление литейной  формы.  

5)Подготовка литейных  форм к заливке и заливка  металла в горячую форму.  

6)Затвердевание и охлаждение  отливки в форме.  

7)Снятие формы с отливки.  

 

 

    2.4.Область применения.  

Этим способом можно отливать изделия из различных сплавов  любой конфигурации 1…5 групп сложности  массой от нескольких грамм до 250кг с толщиной стенок от 1мм. Припуск  на механическую обработку составляет 0.2-0.7мм.  

Применяется в различных  областях машиностроения. 

 

 

     2.5.Преимущества.

-         Можно получать отливки из тугоплавких изделий.

-         Получают конфигурации отливок 1…5 групп сложности.

-         Высокая точность геометрических размеров и малая шероховатость поверхности.  

 

 

     2.6.Недостатки. 

     -     длительность процесса

-     дороговизна

 

3.Опишите явления,происходящие  в металле при холодном деформировании  и укажите сущность процесса  упрочнения.

 
Холодную штамповку делят  на объемную и листовую. При объемной штамповке – холодном выдавливании, высадке и формовке – заготовкой служит сортовой прокат. При этом получают изделия с высокими точностью  и качеством поверхности. Однако из-за того, что усилия при холодной объемной штамповке значительно  больше, чем при горячей, ее возможности  ограничены из-за недостаточной стойкости  инструмента. 
 
К листовой штамповке относят процессы деформирования заготовок в виде листов, полос, лент и труб. 
 
Процессы листовой штамповки можно разделить на операции, последовательно применение, которых придает исходной заготовке форму и размеры детали. Операции листовой штамповки можно объединить в две группы: разделительные и формоизменяющие. При выполнении разделительных операций деформирование заготовки происходит вплоть до ее разрушения. При выполнении формоизменяющих операций, наоборот, стремятся создать условия, при которых может быть получено наибольшее формоизменение заготовки без ее разрушения. 
 
Изучая разделительные операции, обратите внимание, как влияют на качество получаемых изделий технологические параметры процесса (например, величина зазора между режущими кромками). Большое значение при разработке процессов вырубки изделий имеет правильное расположение вырубаемых деталей на листовой заготовке (раскрой материала). Правильный раскрой обеспечивает минимальные отходы при вырубке и достаточную величину перемычек между деталями, так как от их величины зависит качество получаемых деталей. Основным показателем экономичности раскроя можно принять коэффициент использования металла, равный отношению площади детали к площади листа, полосы или ленты, из которых эти детали вырубают. Следует отметить, что вырубка деталей из рулонной полосы или ленты экономичнее. 
 
Рассматривая формоизменяющие операции, обратите внимание на то, что при операциях гибки и вытяжки без утонения изменения толщины стенки заготовки практически не происходят. 
 
При гибке в каждом сечении по толщине заготовки одновременно действуют сжимающие и растягивающие напряжения, вследствие чего упругая деформация может быть относительно большой. Поэтому при гибке необходимо учитывать угол, на который «отпружинивает» изделие. Значение углов пружинения для каждого конкретного случая находят из справочников. 
 
Растягивающие напряжения в изгибаемой заготовке зависят от отношения радиуса гибки к толщине материала и могут превышать допустимую величину при малом радиусе. В справочной литературе даются минимальные значения радиуса гибки для различных материалов.  
 
При вытяжке полых изделий из плоской заготовки дно изделия, находящегося под пуансоном, практически не деформируется, а остальная часть заготовки (фланец) растягивается в радиальном направлении и сжимается в тангенциальном. При сжатии фланца иногда происходит образование складок; для предотвращения этого явления необходим прижим фланца к торцу матрицы. 
 
Усилие, действующее со стороны пуансона на заготовку, увеличивается с ростом отношения диаметра заготовки к диаметру вытягиваемого изделия и может достигать величины, превышающей прочность стенки вытягиваемого изделия. При этом происходит отрыв дна. Для характеристики предельного формоизменения вводится коэффициент вытяжки. 
 
В справочной литературе даются минимальные значения коэффициента вытяжки. Если необходимо получить изделие с коэффициентом вытяжки меньше предельного, применяют вытяжку в несколько переходов без утонения или с утонением стенок. 
 
Для расчета массы заготовок используют закон постоянства объема, в соответствии с которым сохраняется постоянным объем металла до деформации и после нее. Но на практике всегда имеют место технологические отходы, в результате чего объем заготовки больше объема поковки на величину объема отходов. Во всех случаях в объем отходов входят угар (объем металла, окислившегося при нагреве заготовки) и технологические отходы, зависящие от способа обработки давлением. 
 
При разработке процессов ковки необходимо пользоваться ГОСТ 7829-70 (ковка на молоте) и 7062-79 (ковка на прессе). Напуски при ковке применяют для упрощения формы поковки. Необходимость их применения и размеры указаны в ГОСТах. 
 
При ковке технологические отходы зависят от формы поковки, а следовательно, и от операций или переходов ковки. Поэтому сначала необходимо установить переходы (операции) ковки, требующие для изготовления заданной детали, и изобразить их эскизы, показав взаимодействие заготовки и инструмента. Если для получения поковки необходим переход протяжки, то отходом будут обсечки; если необходима прошивка, то отходом будет выдра. Определив объемы угара и отходов, получают объем заготовки, а затем с учетом заданного профиля рассчитывают ее длину.  
 
При разработке процессов горячей объемной штамповки прежде всего следует установить, как происходит штамповка. Горячую объемную штамповку подразделяют на различные виды в зависимости от многих факторов. По типу применяемого оборудования различают штамповку на молотах, горячештамповочных кривошипных прессах (в дальнейшем КГШП) и горизонтально-ковочных машинах (в дальнейшем ГКМ). Существуют и другие типы штамповочного оборудования, но их применяют значительно реже и в заданиях они не предусмотрены.  
 
По характеру течения металла в штампе различают штамповку: в открытом штампе с образованием облоя (заусенца) на молотах, прессах и ГКМ; в закрытом штампе без облоя на прессах и ГКМ; выдавливанием грибовидных поковок на прессах; прошивкой на прессах и ГКМ. 
 
В зависимости от расположения заготовки в штампе различают штамповку плашмя и в торец. При штамповке плашмя ось заготовки располагают перпендикулярно торцу штампа. Так штампуют поковки типа ступенчатых валиков, шатунов, вилок и прочие на молотах и КГШП. При штамповке в торец ось заготовки параллельна направлению действующего усилия. Так штампуют поковки типа колец и втулок на молотах и КГШП и все типы поковки на ГКМ. 
 
Тип штамповочного оборудования указан на чертеже задания, а вид штамповки и расположение поковки в штампе устанавливают в зависимости от ее формы. Затем следует установить положение плоскости разъема штампа, т.е. определить, какая часть поковки будет оформляться в верхней части штампа, а какая – в нижней (для молота и КГШП) и какая часть – в матрицах, а какая – в пуансоне (для ГКМ). 
 
Для построения чертежа поковки по ГОСТ 7505-74 необходимо установить: а) припуски на механическую обработку на те поверхности, где стоит знак обработки; б) штамповочные уклоны для облегчения выема поковки из штампа; в) радиусы скруглений для предотвращения зажимов металла в углах ручья штампа и концентрации напряжений в штампе. 
 
Напуски на штампованных поковках образуются штамповочными уклонами. Уклоны необходимы на всех поверхностях поковки, располагающихся параллельно направлению движения бабы молота, ползуна КГШП, главного ползуна ГКМ. 
 
Сквозные отверстия в поковках, штампуемых на молотах и КГШП. Получать нельзя во избежание поломки последних. В поковках делают наметки сверху и снизу, а между ними остается пленка, толщина которой S = 0,1d_отв поковки. При штамповке на ГКМ в поковках колец и втулок получают сквозные отверстия методом просечки. Эта операция одновременно служит для отделения кольца от прутка. Так как штамп ГКМ имеет две плоскости разъема и поковка сама из него выпадает, на наружных поверхностях уклонов не предусматривают, а дают уклон только на поверхности отверстия для выхода прошивного пуансона. 
 
Разработку процесса холодной листовой штамповки начинают с выбора необходимых технологических операций и определения формообразующей операции, по которой ведется расчет размеров заготовки.

 

 

4.Электроды,применяемые  при ручной  дуговой  сварке,назначение  и состав обмазок.Классификация  электродов.

 

Электроды для ручной дуговой  сварки изготавливают в виде стержней, выполненных из холоднотянутой калиброванной  сварочной проволоки, на которую  методом опрессовки под давлением  наносят слой защитного покрытия. Роль покрытия заключается в металлургической обработке сварочной ванны, защите ее от атмосферного воздействия и  обеспечении более устойчивого  горения дуги.

В состав защитного  покрытия входят:

стабилилизирующие вещества обеспечивающие устойчивый процесс  горения дуги за счет соединений щелочных и щелочеземельных металлов, обладающих низким потенциалом ионизации. К  таким металлам относят калий, натрий, кальций, которые содержатся в кальцинированной соде, поташе, некоторых видах известняка и мрамора;шлакообразующие компоненты, представляющие собой руды (титановые  и марганцевые) и различные минералы (полевой шпат, гранит, кремнозем, плавиковый шпат). При помощи шлакообразующих  компонентов вокруг сварочной ванны  создается защитная шлаковая пленка, препятствующая окислительным процессам;газообразующие — неорганические (мрамор СаСОэ, магнезит MgC03 и др.) и органические (крахмал, древесная мука и т.п.) вещества. Роль этих веществ сводится к дополнительной защите сварочной ванны за счет выделенных газов, образующих защитную облочку;легирующие элементы и раскислители кремний, марганец, титан, и другие, а также сплавы этих элементов с железом. Их применяют  для наполнения сварочной ванны  легирующими элементами, придавая металлу  нужный состав. Алюминий как раскислитель вводится в покрытие в виде порошка-пудры;раскисляющие вещества позволяют восстанавливать  металлы из образовавшихся в сварочной  ванне окислов. Для этого служит ферромарганец, ферросилиций и ферротитан;связующие  компоненты — водные растворы силикатов  натрия и калия, называемые жидким стеклом, придают покрытию, созданному из порошковых материалов монолитность;формовочные  добавки — вещества, придающие  покрытию лучшие пластические свойства (бетонит, каолин, декстрин, слюда и  пр.).

Для обеспечения устойчивого  горения дуги в покрытия вводят вещества, содержащие элементы с низким потенциалом  ионизации (соли щелочных металлов). С  целью повышения производительности сварки в покрытия добавляют железный порошок, содержание которого может  достигать до 60% массы покрытия.

При ручной дуговой сварке плавлением применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды, а также  другие вспомогательные материалы.

Неплавящиеся электродные  стержни изготовляют из вольфрама, электротехнического угля или синтетического графита. Угольные и графитовые электроды (стержни) изготовляют диаметром  от 4 до 18 мм длиной 250 и 700 мм. Графитовые электроды имеют лучшую электропроводность и более стойки против окисления  при высоких температурах, чем  угольные электроды.

Для автоматической и полуавтоматической сварки электродом служит калиброванная  проволока диаметром от 0,3 до 12 мм, так называемая сварочная иля  электродная проволока, которую  поставляют в мотках и катушках массой от 2 до 80 кг. В настоящее время  находят также применение порошковая (трубчатая с наполнителем) проволока, голая легированная проволока, электродная  лента и пластины.

Плавящиеся электроды  изготовляют из сварочной  проволоки,  которая  согласно  ГОСТ 2246—70 разделяется на углеродистую, легированную и высоколегированную. Всего в ГОСТ включено 77 марок проволоки. Обозначение проволоки включает сочетание букв и цифр. Первые две цифры указывают на содержание в проволоке углерода в сотых долях процента. Затем буквой и цифрой (цифрами)  поочередно указываются наименование и содержание в процентах легирующих элементов.  При содержании легирующего элемента в проволоке   менее   1 %   ставится  только   буква   этого элемента. Условное буквенное обозначение легирующих элементов приведено в таблице.

 

Обозначение легирующих элементов 

 

Наименование	Условное обозначение  элемента по таблице Менделеева	При маркировке металла	Наименование	Условное обозначение  элемента по таблице Менделеева	При маркировке металла
Марганец	Мn	Г	Титан	Ti	Т
Кремний	Si	С	Ниобий	Nb	Б
Хром	Сг	X	Ванадий	V	Ф
Никель	Ni	Н	Кобальт	Со	К
Молибден	Mo	М	Медь	Сu	Д
Вольфрам	W	В	Бор	В	Р
Селен	Se	Е	Азот	N	А*
Алюминий	AI	Ю