Контрольная работа по "Металлургии"

Министерство образования и науки Российской Федерации           

 Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Машиностроительный институт

Кафедра материаловедения и технологии контроля в  машиностроении

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по курсу

«СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В  МАШИНОСТРОЕНИИ»

Вариант 4

 

Выполнил:

Студент гр.ЗПМ-301С                                                                                                В.К.Федосенко

 

Проверил:

д-р техн. наук, проф.                                                                                                    Б.Н.Гузанов                                   

 

 

 

 

 

 

                                                               

 

            Екатеринбург

2013

 

 

1.Нож 3,2 М—201—1 к автомату АТП—290 для наматывания трубчатых початков пряжи изготовлен из стали У8А и является одной из быстро 
изнашивающихся деталей. Средний срок службы - 3 месяца, продолжительность его работы между заточками - не более 3 недель. Предложить 
порошковый материал для изготовления лезвия ножа с целью увеличения 
срока службы. Выбор обосновать.

 

Для увеличения срока службы инструмент оснащают твердым сплавом, который изготавливают в виде пластин различного профиля и сечения методами порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, прессуют эту смесь в изделия необходимой формы и подвергают спеканию при 1400–1550 °С в защитной атмосфере (водород) или в вакууме. При спекании кобальт плавится и растворяет часть карбидов, что позволяет получать плотный материал (пористость не превышает 2 %), состоящий на 80–97 % из карбидных частиц, соединенных связкой. Увеличение содержание связки вызывает снижение твердости, но повышение вязкости.

Твердость ТС достигает 92 HRA.  Структура ТС представляет собой два сложно переплетенных каркаса из карбида вольфрама и кобальта, с растворенным в нем карбидом вольфрама. Этой особенностью структуры объясняется уникальной сочетание высокой твердости и упругости ТС. 

ТС по химическому составы разделяют на вольфрамовые, титановольфрамовые, титановые и танталовольфрамовые карбидовые сплавы.  Введение титана и других элементов обусловлено стремлением сократить дефицит вольфрама. Введение металла связки - кобальта в ТС повышает сопротивление изгибу, но снижает твердость.

 

Гарантируемые свойства ТС.         Таблица.

 

Марка	WC	TiC		Co		Cопротивление изгибу, Мпа	Плотность, Г/См3	Твердость HRA
ВК2	98		2		1000		15.0 - 15.4	90
Т5К10	85	5	10		1150		12.3 - 13.2	88.5
Т30К6	66	30	4		90		9.5 -9.8	92

 

Сплавы вольфрамовой группы (WC—Со) имеют наибольшую прочность, но более низкую твердость, чем сплавы других групп. Они теплостойки до 800 °С. Их применяют в режущем инструменте для обработки чугунов, сталей, цветных сплавов и неметаллических материалов. Повышенная износостойкость и сопротивляемость ударам – вот главные достоинства этих сплавов.

Типовая технологическая схема производства порошкового твердого сплава приведена на рис. 1 и предусматривает получение порошков вольфрама, соответствующих карбидов и кобальта, приготовление смеси карбидов с кобальтом, прессование заготовок из смесей и последующее спекание; часто в типовую схему включают еще и доводку (алмазную заточку или обработку) спеченных изделий.

Рис.1 Принципиальная технологическая схема производства твердых сплавов

Исходные материалы

Вольфрамовый ангидрид W03. Триоксид вольфрама, полученный прокалкой технической вольфрамовой кислоты (H2W04) или паравольфрамата аммония (ПВА) при 500- 800 ºС, должен содержать не менее 99,9% W03 и соответствовать в первом случае ТУ 48-19-34-80, а во втором - ТУ 48-19-35-79. Основные примеси в вольфрамовом ангидриде - алюминий и железо (AI2O3 +Fe2O3 до 0,04%), натрий, кальций и кремний (остаток от гидрохлорирования не более 0,1 %), мышьяк (до 0,015 %), фосфор (до 0,015 %), сера (до 0,01 %); допускается содержание молибдена до 0,1 %.

Даже малые количества примеси натрия (сотые доли процента) вызывают заметное укрупнение получаемого из W03 порошка вольфрама. К такому же результату, хотя и в меньшей степени, приводят примеси кальция и магния. Напротив, примеси молибдена и кремния повышают дисперсность получаемого порошка вольфрама. Летучие примеси (сера, фосфор) и примесь железа практически на тернистость вольфрамового порошка не влияют.

Крупность частиц W03 составляет от десятых долей до 10 - 15 мкм при удельной поверхности от нескольких десятых до нескольких квадратных метров на грамм. Триоксид вольфрама из ПВА, как правило, более крупнозернистый и его насыпная плотность в 1,5 - 2 раза выше, чем у W03 из H2WO4.

Иногда вольфрамовый ангидрид подвергают предварительному измельчению в шаровых вращающихся мельницах, что позволяет при его последующем восстановлении водородом даже при достаточно высокой температуре получать мелкозернистый вольфрамовый порошок.

Диоксид титана Тi02. Используемый при производстве сплавов ТК и ТТК диоксид титана, соответствующий ТУ 6-10-1394-78, получают прокаливанием метатитановой кислоты (продукт переменного состава, содержащий Тi02, Н2О и S03) в барабанных вращающихся печах с футеровкой из высокоглиноземистого кирпича при 850 -1000°С в течение 6 - 8 ч. После сухого размола в мельнице, работающей в замкнутом цикле с воздушным сепаратором, диоксид титана содержит, %: Тi02 ≥ 99,5; Fe2O3<0,10; S04 < 0,10; Р2О5 « S 0,06 и Si02 « 0,20; остаток при мокром просеве через сито № 0063 составляет не более 1 %. Иногда перед применением такой диоксид титана для удаления Р2О5, S03 и S02 прокаливают при 700-800 °С в электропечах.

Оксид кобальта (Со2О3 или Со304). Оксид кобальта по ТУ 48-19-33-79 получают либо из металлического кобальта, либо из технического гидроксида кобальта. В первом случае исходный металлический кобальт (продукт пирометаллургической обработки мышьяковых, сульфидных и окисленных кобальтовых руд) сначала растворяют в соляной кислоте и очищают раствор от примесей железа, марганца и др. После этого осаждают из раствора оксалат кобальта СоС2О4 (щавелевокислый кобальт), который отфильтровывают, промывают, обезвоживают и прокаливают при 350 - 400 °С, получая черный порошок оксида кобальта, содержащий, %: Со > 70; Fe<0,06; Ca ≤ 0,01; Na ≤ 0,018. Во втором случае технический гидроксид кобальта, полученный при переработке конвертерных шлаков, восстанавливают при 600-700°С, а спекшуюся массу металлического кобальта обрабатывают горячей соляной кислотой, после чего из очищенного раствора хлористого кобальта осаждают щавелевокислый кобальт и получают из него оксид кобальта, как указано выше.

Сажа. В производстве твердых сплавов используют ламповую или газовую сажу - продукт термического разложения углеводородов. По ГОСТ 7885-77 такая сажа имеет удельную поверхность 12-16м2/г, содержит влаги не более 0,5%, зольность ее не более 0,2 %. Перед применением для получения порошка вольфрама или карбидов сажу можно прокалить при 750 - 800 °С в муфельных электропечах, чтобы уменьшить содержание в ней летучих примесей и влаги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. В результате эксплуатации произошло выкрашивание отдельных 
   частиц     подшипника     шпинделя     револьверной     головки     токарно-револьверного станка. Подобрать пластмассу для ремонта подшипника. 
   Выбор обосновать.

 

Для ремонта подшипника выбираем фторопластовое покрытие.

Фторопласт обладает низким, почти не зависящим от температуры коэффициентом трения, совершенно гидрофобен, физиологически инертен. Диэлектрические свойства его не изменяются до 200°С, а химические — до 300°С.

Фторопласт-4 стоек ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, окислителям и другим агрессивным средам.

У фторопласта самый низкий среди конструкционных материалов коэффициент трения, а также равенство статического и динамического коэффициентов трения. Использование фторопластов в узлах трения повышает надежность и долговечность механизмов.

Фторопластовое покрытие наносится кисточкой, в несколько слоев, а затем спекается.

Наименование показателя	Значение для Ф-4	Значение для Ф-4Д	Значение для Ф-4ДП
Теплопроводность, Вт/м, град.	0,25	0,25	0,25
Удельная теплоёмкость, Дж/кг, град.	1,04·103	1,04·103	1,04·103
Разрушающее напряжение при изгибе, Н/м2	(1,07-1,4)·107
Ударная вязкость, Дж/м2	9,8·10-4	10,2·10-4	10,2·10-4
Твёрдость по Бринеллю, Н/м2	(2,9-3,9)·10-7	(2,9-3,9)·10-7	(2,9-3,9)·10-7
Плотность в изделии, г/см3	2,17-2,2	2,19-2,26	2,2-2,21

 

 

 

 

 

2. Выбрать композиционный материал для герметизации резьбовых 
   соединений зазором 0,1-0,45 мм. Выбор обосновать.

 

Среди различных типов разъёмных соединений (разборные без разрушения элементов конструкций) наибольшее применение получили резьбовые соединения. От общего числа соединений они составляют от 15 до 25%.

Одним из основных недостатков резьбовых соединений является нестабильность величины предварительной затяжки, которая самопроизвольно изменяется в процессе эксплуатации машин, в результате чего нарушается нормальная работа изделия. Негерметичность и невысокая коррозионная стойкость резьбового соединения (характерно для метрической резьбы) связана с наличием зазоров между витками гайки и болта по длине свинчивания, что и обуславливает неравномерное распределение нагрузки.

Для герметизации выбираем анаэробный герметик. Анаэробные  герметики - это композиции, которые быстро отверждаются в зазорах между металлическими поверхностями. При этом они надежно фиксируют, герметизируют и уплотняют резьбовые, фланцевые, цилиндрические соединения, микротрещины, сварные швы. Герметики могут применяться в среде воздуха, морской и пресной воды, пара, природного газа, выхлопных газов, дизельного и легкого топлива, эмульсий, мазута, гидротормозной жидкости при зазорах в соединениях до 1 мм и давлении среды до 20 МПа.

Отвержденные герметики стойки к вибрации, ударам, имеют слабую адгезию к уплотняемым поверхностям, не затрудняют демонтаж и легко удаляются после разборки. Не содержат растворителей, нелетучи, невзрывоопасны, самопроизвольно не возгораются, нетоксичны.

Анаэробные материалы существенно различаются между собой по деформационно-прочностным (момент отвинчивания, прочность при аксиальном сдвиге и т.д.) и технологическим свойствам (прежде всего вязкость), однако общими для всех анаэробных составов являются:

• хорошие антифрикционные свойства в неотверждённом состоянии;
• хорошие антикоррозионные свойства;
• небольшая усадка при отверждении;
• высокая проникающая способность (низковязкие герметики);
• хорошая смачиваемость.

Использование герметиков обеспечивает:

• равномерное распределение нагрузки по всей резьбе (за счет заполнения герметиком образующихся межвитковых зазоров)
• герметизация резьбы и исключение протечки по резьбовому соединению (герметики не боятся контакта с топливом, маслами, водой)
• фиксация резьбового соединения (предотвращается самораскручивание под воздействием вибраций, ударных нагрузок и прочих напряжений)
• защита резьбы от коррозии и закисания

Выбор герметика зависит от назначения, условий работы изделия, его объема, формы, природы материалы, величины зазора между стыкуемыми частями.