Свойства металлов и сплавов

4. Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах. 
5. Хладостойкость – способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах.

6. Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.

Эти свойства определяются специальными испытаниями  в зависимости от условий работы изделий.

При выборе материала для создания конструкции  необходимо полностью учитывать  механические, технологические и  эксплуатационные свойства.

Материалы порошковой металлургии

Порошковая  металлургия – область техники, охватывающая процессы получения порошков металлов и металлоподобных соединений и процессы изготовления изделий из них без расплавления.

Характерной особенностью порошковой металлургии  является применение исходного материала  в виде порошков, из которых прессованием формуются изделия заданной формы  и размеров. Полученные заготовки  подвергаются спеканию при температуре  ниже температуры плавления основного  компонента.

Основными достоинствами технологии производства изделий методом порошковой металлургии  являются

1. возможность  изготовления деталей из тугоплавких  металлов и соединений, когда  другие методы использовать невозможно;

2. значительная  экономия металла за счет получения  изделий высокой точности, в минимальной  степени нуждающихся в последующей  механической обработке (отходы  составляют не более 1…3 %);

3. возможность  получения материалов максимальной  чистоты;

4. простота  технологии порошковой металлургии.

Методом порошковой металлургии изготавливают твердые  сплавы, пористые материалы: антифрикционные  и фрикционные, фильтры; электропроводники, конструкционные детали, в том числе работающие при высоких температурах и в агрессивных средах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Определение химического состава.  

   Используются  методы количественного анализа.

   1. Если не требуется большой  точности, то используют спектральный анализ.

   Спектральный  анализ основан на разложении и исследовании спектра электрической дуги или  искры, искусственно возбуждаемой между  медным электродом и исследуемым  металлом.

   Зажигается  дуга, луч света через призмы попадает в окуляр для анализа спектра. Цвет и концентрация линий спектра  позволяют определить содержание химических элементов.

   Используются  стационарные и переносные стилоскопы.

   2. Более точные сведения о составе  дает рентгеноспектральный анализ.

   Проводится  на микроанализаторах. Позволяет определить состав фаз сплава, характеристики диффузионной подвижности атомов.  

   Изучение  структуры.  

   Различают макроструктуру, микроструктуру и тонкую структуру.

   1. Макроструктурный  анализ – изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом или при небольшом увеличении, с помощью лупы.

   Осуществляется  после предварительной подготовки исследуемой поверхности (шлифование и травление специальными реактивами).

   Позволяет выявить и определить дефекты, возникшие  на различных этапах производства литых, кованных, штампованных и катанных заготовок, а также причины разрушения деталей.

   Устанавливают: вид излома (вязкий, хрупкий); величину, форму и расположение зерен и  дендритов литого металла; дефекты, нарушающие сплошность металла (усадочную пористость, газовые пузыри, раковины, трещины); химическую неоднородность металла, вызванную процессами кристаллизации или созданную термической и химико-термической обработкой; волокна в деформированном металле.

   2. Микроструктурный анализ – изучение поверхности при помощи световых микроскопов. Увеличение – 50…2000 раз. Позволяет обнаружить элементы структуры размером до 0,2 мкм.

   Образцы – микрошлифы с блестящей полированной поверхностью, так как структура  рассматривается в отраженном свете. Наблюдаются микротрещины и неметаллические  включения.

   Для выявления микроструктуры поверхность  травят реактивами, зависящими от состава  сплава. Различные фазы протравливаются  неодинаково и окрашиваются по разному. Можно выявить форму, размеры и ориентировку зерен, отдельные фазы и структурные составляющие.

   Кроме световых микроскопов используют электронные  микроскопы с большой разрешающей  способностью.

   Изображение формируется при помощи потока быстро летящих электронов. Электронные  лучи с длиной волны (0,04…0,12 ) ·10^-8 см дают возможность различать детали объекта, по своим размерам соответствующе межатомным расстояниям.

   Просвечивающие  микроскопы. Поток электронов проходит через изучаемый объект. Изображение является результатом неодинакового рассеяния электронов на объекте. Различают косвенные и прямые методы исследования.

   При косвенном методе изучают не сам  объект, а его отпечаток – кварцевый  или угольный слепок (реплику), отображающую рельеф микрошлифа, для предупреждения вторичного излучения, искажающего  картину.

   При прямом методе изучают тонкие металлические  фольги, толщиной до 300 нм, на просвет. Фольги получают непосредственно из изучаемого металла.

   Растровые микроскопы. Изображение создается за счет вторичной эмиссии электронов, излучаемых поверхностью, на которую падает непрерывно перемещающийся по этой поверхности поток первичных электронов. Изучается непосредственно поверхность металла. Разрешающая способность несколько ниже, чем у просвечивающих микроскопов.

   3. Для изучения атомно-кристаллического  строения твердых тел (тонкое  строение) используются рентгенографические методы, позволяющие устанавливать связь между химическим составом, структурой и свойствами тела, тип твердых растворов, микронапряжения, концентрацию дефектов, плотность дислокаций.  

   Физические  методы исследования  

   1. Термический анализ  основан на явлении теплового эффекта. Фазовые превращения в сплавах сопровождаются тепловым эффектом, в результате на кривых охлаждения сплавов при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба или температурные остановки. Данный метод позволяет определить критические точки.

   2.Дилатометрический  метод.

   При нагреве металлов и сплавов происходит изменение объема и линейных размеров – тепловое расширение. Если изменения  обусловлены только увеличением  энергииколебаний атомов, то при охлаждении размеры восстанавливаются. При фазовых превращениях изменения размеров – необратимы.

   Метод позволяет определить критические  точки сплавов, температурные интервалы  существования фаз, а также изучать  процессы распада твердых растворов.

   3 .Магнитный анализ.

   Используется  для исследования процессов, связанных  с переходом из паромагнитного состояния в ферромагнитное (или наоборот), причем возможна количественная оценка этих процессов. 

   ЛЕКЦИЯ 21  

   Электрофизические и электрохимические  методы обработки (ЭФЭХ)  

   Характеристика  электрофизических  и электрохимических  методов обработки  

   Эти методы предназначены в основном для обработки заготовок из очень  прочных, весьма вязких, хрупких и  неметаллических материалов.

   Эти методы имеют следующие преимущества:

   – отсутствует силовое воздействие  инструмента на заготовку (или очень  мало и не влияет на суммарную погрешность  обработки);

   – позволяют менять форму поверхности  заготовки и влияют на состояние  поверхностного слоя: наклеп обработанной поверхности не образуется, дефектный  слой незначителен; повышаются коррозионные, прочностные и другие эксплуатационные характеристики поверхности;

   – можно обрабатывать очень сложные  наружные и внутренние поверхности  заготовок.

   ЭФЭХ  методы обработки являются универсальными и обеспечивают непрерывность процессов  при одновременном формообразовании всей обрабатываемой поверхности. Эти  методы внедряются в различных отраслях промышленности.  

   Электроэрозионные методы обработки  

   Эти методы основаны на явлении эрозии электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного  электрического тока.

   Разряд  между электродами происходит в  газовой среде или при заполнении межэлектродного пространства диэлектрической  жидкостью – керосин, минеральное  масло.

   При наличии разности потенциалов на электродах происходит ионизация межэлектродного  пространства. При определенном значении разности потенциалов – образуется канал проводимости, по которому устремляется электроэнергия в виде импульсного  искрового или дугового разряда.

   На  поверхности заготовки температура  возрастает до 10000…12000 ⁰C. Происходит мгновенное оплавление и испарение элементарного объема металла и на обрабатываемой поверхности образуется лунка.

   Удаленный металл застывает в диэлектрической  жидкости в виде гранул диаметром 0,01…0,005 мм.

   При непрерывном подведении к электродам импульсного тока процесс эрозии продолжается до тех пор, пока не будет  удален весь металл, находящийся между  электродами на расстоянии, при котором  возможен электрический пробой (0,01…0,05 мм) при заданном напряжении.

   Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автоматически  с помощью следящих систем.  

   Электроискровая обработка  

   Схема электроискровой обработки представлена на рис. 21.1.  

   

   Рис.21.1. Схема электроискрового станка:

   1 – электрод-инструмент; 2 – ванна; 3 – заготовка-электрод; 4 – диэлектрическая  жидкость; 5 – изолятор  

   При электроискровой обработке –  используют импульсные искровые разряды  между

   электродами ( обрабатываемая заготовка (анод) – инструмент (катод)).

   Конденсатор заряжается через резистор от источника постоянного тока напряжением 100…200 В. Когда напряжение на электродах 1 и 3 достигает пробойного образуется канал, через который осуществляется искровой разряд энергии, накопленной конденсатором.

   Продолжительность импульса 20…200 мкс.

   Точность  обработки до 0,002 мм, 0,63…0,16 мкм.

   Для обеспечения непрерывности процесса ( зазор =const) станки снабжаются следящей системой и системой автоматической подачи инструмента.

   Получают  сквозные отверстия любой формы  поперечного сечения, глухие отверстия  и полости, отверстия с криволинейными осями, вырезают заготовки из листа, выполняют плоское, круглое и  внутреннее шлифование.

   Изготовляют штампы и пресс-формы, фильеры, режущий  инструмент.

   Схемы электроискровой обработки представлены на рис. 21.2.