Шпаргалка по "Материаловедению"

Литейные оловянные  бронзы, БрО3Ц7С5Н1, БрО4Ц4С17, применяются для изготовления пароводяной арматуры и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов червячных колес, вкладышей подшипников.

Алюминиевые бронзы, БрАЖ9-4, БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4.

Бронзы с содержанием  алюминия до 9,4 % имеют однофазное строение – твердого раствора. При содержании алюминия 9,4…15,6 % сплавы системы медь – алюминий двухфазные и состоят из – и – фаз.

Оптимальными свойствами обладают алюминиевые бронзы, содержащие 5…8 % алюминия. Увеличение содержания алюминия до 10…11 % вследствие появления  – фазы ведет к резкому повышению прочности и сильному снижению пластичности. Дополнительное повышение прочности для сплавов с содержанием алюминия 8…9,5 % можно достичь закалкой.

Положительные особенности  алюминиевых бронз по сравнению  с оловянными:

-меньшая склонность к внутрикристаллической ликвации;

-большая плотность отливок;

-более высокая прочность и жаропрочность;

-меньшая склонность к хладоломкости.

Основные недостатки алюминиевых  бронз:

-значительная усадка;

-склонность к образованию столбчатых кристаллов при кристаллизации и росту зерна при нагреве, что охрупчивает сплав;

-сильное газопоглощение жидкого расплава;

-самоотпуск при медленном охлаждении;

-недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.

Для устранения этих недостатков  сплавы дополнительно легируют марганцем, железом, никелем, свинцом.

Из алюминиевых бронз  изготавливают относительно мелкие, но высокоответственные детали типа шестерен, втулок, фланцев литьем и  обработкой давлением. Из бронзы БрА5 штамповкой изготавливают медали и мелкую разменную  монету.

Кремнистые бронзы, БрКМц3-1, БрК4, применяют как заменители оловянных бронз. Они немагнитны и морозостойки, превосходят оловянные бронзы по коррозионной стойкости и механическим свойствам, имеют высокие упругие свойства. Сплавы хорошо свариваются и подвергаются пайке. Благодаря высокой устойчивости к щелочным средам и сухим газам, их используют для производства сточных труб, газо- и дымопроводов.

Свинцовые бронзы, БрС30, используют как высококачественный антифрикционный материал. По сравнению с оловянными бронзами имеют более низкие механические и технологические свойства.

Бериллиевые бронзы, БрБ2, являются высококачественным пружинным материалом. Растворимость бериллия в меди с понижением температуры значительно уменьшается. Это явление используют для получения высоких упругих и прочностных свойств изделий методом дисперсионного твердения. Готовые изделия из бериллиевых бронз подвергают закалке от 800^oС, благодаря чему фиксируется при комнатной температуре пересыщенные твердый раствор бериллия в меди. Затем проводят искусственное старение при температуре 300…350^oС. При этом происходит выделение дисперсных частиц, возрастают прочность и упругость. После старения предел прочности достигает 1100…1200 МПа.

 

32. Титановые сплавы.

Титан серебристо-белый легкий металл с плотностью 4500 кг/м³. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680^oС.

Чистый иодидный титан, в котором сумма примесей составляют 0,05…0,1 %, имеет модуль упругости 112 000 МПа, предел прочности около 300 МПа, относительное удлинение 65%. Наличие примесей сильно влияет на свойства. Для технического титана ВТ1, с суммарным содержанием примесей 0,8 %, предел прочности составляет 650 МПа, а относительное удлинение – 20 %.

При температуре 882^oС титан претерпевает полиморфное превращение, –титан с гексагональной решеткой переходит в – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.

Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в  атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах ( не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500^oС становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.

Титановые сплавы имеют ряд  преимуществ по сравнению с другими:

-сочетание высокой прочности  ( МПа) с хорошей пластичностью ( );

-малая плотность, обеспечивающая  высокую удельную прочность;

-хорошая жаропрочность,  до 600…700^oС;

-высокая коррозионная  стойкость в агрессивных средахОднородные титановые сплавы, не подверженные старению, используют в криогенных установках до гелиевых температур..

Элементы, повышающие температуру  превращения, способствуют стабилизации — твердого раствора и называются –стабилизаторами, это – алюминий, кислород, азот, углерод.

Элементы, понижающие температуру  превращения, способствуют стабилизации – твердого раствора и называются – стабилизаторами, это – молибден, ванадий, хром, железо.

Кроме – и –стабилизаторов различают нейтральные упрочнители: олово, цирконий, гафний.

В соответствии с влиянием легирующих элементов титановые  сплавы при нормальной температуре  могут иметь структуру  или .

Сплавы на основе титана можно  подвергать всем видам термической  обработки, химико-термической и  термомеханической обработке. Упрочнение титановых сплавов достигается  легированием, наклепом, термической  обработкой.

Часто титановые сплавы легируют алюминием, он увеличивает прочность  и жаропрочность, уменьшает вредное  влияние водорода, увеличивает термическую  стабильность. Для повышения износостойкости  титановых сплавов их подвергают цементации или азотированию.

Основным недостатком  титановых сплавов является плохая обрабатываемость режущим инструментом.

По способу производства деталей различаются деформируемые (ВТ 9, ВТ 18) и литейные (ВТ 21Л, ВТ 31Л) сплавы.

Области применения титановых  сплавов:

-авиация и ракетостроение (корпуса двигателей, баллоны для  газов, сопла, диски, детали  крепежа);

-химическая промышленность (компрессоры, клапаны, вентили  для агрессивных жидкостей);

-оборудование для обработки  ядерного топлива;

-морское и речное судостроение (гребные винты, обшивка морских  судов, подводных лодок);

-криогенная техника (высокая  ударная вязкость сохраняется  до –253^oС).

 

36.Изготовление  песчано-глинистой формы. Модельный  комплекет.

Модельный комплект – оснастка, включающая приспособления,  необходимые для образования рабочей полости литейной формы при ее формовке.

Модельный комплект включает литейную модель, модели литниковой системы, стержневые ящики, модельные плиты, контрольные и сборочные шаблоны.

Литейная модель – приспособление, с помощью которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Применяют модели неразъемные  и разъемные, состоящие из двух и  более частей. Модель снабжают специальными выступающими частями – знаками. Они образуют в форме углубления, предназначенные для установки  и фиксирования стержней.

Изготовление разовой  формы в двух опоках по разъемной  модели производится в следующей  последовательности:

1. Нижнюю половину модели 1, не имеющую центрирующих шипов, ставят плоскостью разъема на подмодельную плиту 2.
2. Устанавливают нижнюю опоку 3 и на поверхность полумодели наносят тонкий слой керосина либо посыпают модельной пудрой (мелкий кварцевый песок или графит), во избежание прилипания формовочной смеси.
3. Через ручное сито 4 на полумодель наносят облицовочную смесь толщиной 20-30 мм, после чего смесь уплотняют руками вокруг всей полумодели.
4. Насыпают наполнительную смесь и уплотняют ее ручной или пневматической трамбовкой 5. Клиновым концом трамбовки смесь уплотняют сначала у стенок опоки, а затем в средней части; после добавления смеси выше края опоки уплотняют тупым концом трамбовки (рис.1.1 в).
5. Излишек смеси срезают линейкой 6. Душником 7 накалывают вентиляционные каналы.
6. Заформованную опоку переворачивают на 180⁰ вместе с подмодельной плитой, убирают плиту и разъемом вверх устанавливают на предварительно подготовленное место. Формовочную смесь по разъему заглаживают гладилкой.
7. На нижнюю половину модели по центрирующим шинам устанавливают верхнюю половину модели и модель литниковой системы
8. Поверхность разъема формы посыпают тонким слоем сухого кварцевого песка, чтобы формовочная смесь в верхней опоке не прилипала к смеси в нижней половине опоки. Верхнюю опоку  8 устанавливают на нижнюю по центрирующим  шипам
9. Производят наполнение и уплотнение смеси в верхней опоке в последовательности указанной в п.3 После уплотнения верхнюю полуформу снимают, переворачивают на 180⁰ разъемом вверх и устанавливают на предварительно подготовленное место. Из полуформы после легкого раскачивания удаляют половины моделей и модель литниковой системы.
10. В нижней полуформе гладилкой прорезают питатели, которые предназначены для прохода жидкого металла в полость формы. Затем обе полуформы отделывают и припыливают графитом (если в формы заливают чугун), тальком или цементом, с целью получения отливок с более чистой поверхностью.
11. В нижнюю полуформу устанавливают стержень 9 и закрывают ее верхней полуформой. Полуформу скрепляют скобами или штырями, или же на верхнюю полуформу устанавливают груз для предотвращения ухода металла через разъем формы во время заливки металла.
12. Производят заливку металла
13. После остывания полученную отливку выбивают из формы, освобождают от литниковой системы, зачищают по размеру формы.

 

37. Литниковая система.

Литниковая система, Литниковая питающая система — система каналов и полостей в форме, через которые жидкий расплавленный материал -расплав (металл или пластик) подается в полость литьевой формы или пресс-формы для литья под давлением. Элементы литниковой системы можно подразделить на подводящие и питающие.

Литниковая система в  литьевой форме состоит из воронки  или литниковой чаши, стояка, коллектора или шлаковика, питателей и выпора. В зависимости от места подвода расплава к отливке относительно поверхности разъема формы: верхняя литниковая система, нижняя (сифоннная), боковая (по разъему) и ярусная. После затвердевания расплава металла литниковая система обрубается и идёт на переплав.В пресс-форме для литья пластмасс под давлением литниковая система состоит из центрального, разводящего и впускных литников. Она охлаждается в каждом цикле литья и застывает вместе с деталью в холодноканальной пресс-форме либо постоянно поддерживает пластик в расплавленном состоянии в горячеканальной.

 

38. Литье в оболочковые  формы.

Литьё в оболочковые формы

способ получения фасонных отливок из металлических сплавов  в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной  смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков сек до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим способом изготавливают  различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

 

39. Литье по выплавляемым  моделям.

В основе литейного процесса по выплавляемым моделям лежит использование  легкоплавких материалов: модель отливки  и ее литниковая система делается из воска, парафина или стеарина. Любой  из этих легкоплавких материалов в  горячем режиме заливают в пресс-форму, а после затвердения получают восковую модель и покрывают ее специальным  составом. После просушивания на модели образуется огнеупорная оболочка —  керамическая форма, из которой выплавляют модельный состав и получают тонкостенную литейную форму, которую после прокалки заливают расплавленным металлом.  
Для получения нескольких одинаковых моделей из воска применяют эластичную форму, используя для ее изготовления столярный клей или технический желатин. Второй материал более предпочтителен как в качественном отношении, так и по срокам приготовления. Если желатин набухает за полчаса (150 г желатина на 15 мг воды при регулярном перемешивании), столярный клей замачивают водой на сутки. Желатин после некоторой добавки воды разбухает, но при нагревании обретает прежний объем. Желатиновую массу варят до состояния однородной, напоминающей по виду густую сметану, добавляют 708 мл горячей воды с пластификатором (3-4 г глицерина) и тщательно перемешивают. Чтобы полученную массу уберечь при хранении от плесени, в нее вливают полграмма антисептика — формалина или фенола. После массу остуживают до 50°С и заливают ею образец. Чтобы эластичная форма не деформировалась после застывания, ее с тыльной стороны дополнительно укрепляют гипсом. При формовке гипсовой модели в форме из клея, ее обезжиривают, протерев тальком, и дважды задубливают 20% раствором алюминиевых квасцов.  
С целью тиражирования восковых моделей для отливки одинаковых деталей, например литых украшений для ограды усадьбы, изготавливают резиновую пресс-форму. Пресс-формы подразделяют на разъемные и разрезные. Разъемные снабжают подшипниковыми шариками, которые служат замками-фиксаторами частей формы, и укладывают их на нижней части резиновой формы так, чтобы они не препятствовали извлечению восковой модели.  
В разрезной пресс-форме необходимость в подшипниковых шариках отсутствует. Из сырой резины вырезают листы по размеру металлических зажимных пластин, промывают бензином и складывают в стопы, которые наслаиваются в зависимости от размера модели. Сама пресс-форма состоит из двух половин, между которыми укладывается металлическая модель, резина вокруг которой натирается тальком. После этого пакет располагается на талькированной зажимной плите, накрывается второй плитой и зажимается в струбцине вулканизатора на 40-50 минут при температуре 140-150°С. После вулканизации освобожденный пакет вместе с пластинами охлаждается под водой. Если на образце литник отсутствовал, то его вырезают прямо в пресс-форме. Резиновая пресс-форма очень удобна при изготовлении большого количества одинаковых деталей — звеньев цепи, браслета, элементов разъемного орнамента и других декоративных изделий, поскольку для их отливки требуется много восковых моделей.  
Различают легкоплавкие и тугоплавкие составы для создания моделей. Первые более податливы, их изготавливают на парафиновой и стеариновой основе. В пресс-форму модельный состав запрессовывается под давлением пресс-шприца, который литейщик легко изготовит сам. Для этого необходимы отрезок трубы, 2 штуцера, поршень, алюминиевая трубка.  
Способ изготовления таков. С одной стороны трубу заваривают или запаивают. Из алюминия вырезают поршень по отверстию трубы, который необходимо снабдить ручкой (стержень при этом равен длине трубы). В заделанной части трубы сверлят отверстие, в которое впаивают штуцер под резиновый шланг, другой конец которого снабжают штуцером-наконечником, соответствующим диаметру литника пресс-формы. Заполненный модельным составом, пресс-шприц окунают в кипящую воду до готовности расплава, который тщательно перемешивают и охлаждают до пастообразного состояния при температуре 55-60 С и запрессовывают в талькированную пресс-форму. Так же, под давлением, в пресс-форму подается и расплавленный металл. Также литейщик может самостоятельно смастерить еще одно необходимое для работы приспособление — ручную центрифугу.  
В деревянную ручку нужно пропустить стальной стержень диаметром 7 мм, к нему неподвижно прикрепить серьгу (при этом ручка должна свободно вращаться на стержне). Подставкой для опоки будет служить стальной цилиндр, дно которого составляет не более 100 мм в диаметре. К подставке приваривают скобу с кольцом посредине, которое соединяется с серьгой коромыслом (40 см) из прочной проволоки с надежными кольцами на концах. Опока должна свободно умещаться в подставке и по форме дублировать ее — тот же цилиндр, но без дна.  
Формовка модели производится таким образом. Расплавленным воском к модели крепят стальные иглы — литниковые штифты, которые должны пересекаться в одной точке, где они также скрепляются воском. Исходя из размеров модели, опоку выбирают такой высоты, чтобы между ее дном и моделью был зазор не менее сантиметра, а вверху в формовочной массе можно было бы вырезать литниковую чашу для плавки металла. Готовой формовочной массой заполняют опоку на огнеупорном листе (асбесте). Взяв модель за штифт, ее погружают в незастывшую формовочную массу, слегка покачивая из стороны в сторону, чтобы не попадал воздух. После затвердения массы (при наличии замедлителя — не раньше, чем через час) в верхней части опоки вырезают литниковую чашу и вытаскивают штифты. Литниковые каналы должны находиться в центре чаши.  
Операция выплавления (удаления) восковой модели такова: опоку ставят в зажженную духовку газовой плиты и постепенно, чтобы не повредить форму, около двух часов повышают температуру до 350°С; затем опоку вынимают и кладут поочередно одним или другим боком на горелку, предварительно подложив асбестовую плитку, и окончательно выплавляют воск.  
Получение отливки. Как только бока опоки раскалятся докрасна, ее помещают в ручную центрифугу, а литниковую чашу загружают металлом с добавкой соответствующего флюса и плавят на пламени горелки. После полной расплавки начинают вращать центрифугу, в результате чего жидкий металл устремляется в полость формы, заполняя ее и кристаллизуясь приблизительно за 20 оборотов центрифуги. Процесс завершается охлаждением в воде и выемкой готовой отливки, то есть изделия художественного литья.  
Наиболее совершенным методом литья по выплавляемым моделям считается процесс, в результате которого сохраняется оригинал и получают пустотелые изделия, оригинал служит моделью. Технологически этот способ состоит из двух частей: вначале изготавливают по оригиналу пустотелую модель, а затем по этой модели литейную форму.

 

40.Центробежное  литье.

Центробежный метод литья (центробежное литьё) используется при  получении отливок, имеющих форму  тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При этом расплав заливают в металлическую  форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин.Под действием центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом можно получить двухслойные заготовки, что достигается поочерёдной заливкой в форму различных сплавов. Кристаллизация расплава в металлической форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок.При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95 %.Широким спросом пользуются отливки втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные с помощью метода центробежного литья.

Центробежное литье — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

Технология центробежного  литья обеспечивает целый ряд  преимуществ, зачастую недостижимых при  других способах, к примеру:Высокая износостойкость.

-Высокая плотность металла.

-Отсутствие раковин.

-В продукции центробежного  литья отсутствуют неметаллические  включения и шлак.

Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму  тел вращения:

-втулки;

-венцы червячных колёс;

-барабаны для бумагоделательных  машин;

-роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литьё находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно  оловянных бронз.

По сравнению с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность  и механические свойства отливок, выход  годного. Однако для его организации  необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу  литья: неточность размеров свободных  поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

 

41.Литье в многоразовые  формы

Литье в кокиль также относится к точным способам литья. Кокиль — это тонкостенная водоохлаждаемая металлическая форма многоразового использования, изготовленная из чугуна или стали. Рабочая полость кокиля соответствует наружной конфигурации отливки. Отверстия, пазы и полости в отливках выполняют с помощью стержней (песчаных или металлических). По конструкции кокили бывают неразъемными (вытряхными) и разъемными.