Вопрос№3.Металлические материалы для подшипников скольжения. Антифрикционные материалы. Особенности их структуры и свойств.

Антифрикционные материалы предназначены для изготовления подшипников (опор) скольжения. Основные служебные свойства подшипникового материала – антифрикционность и сопротивление усталости. Антифрикционность – это способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали – стального или чугунного вала.

Металлические материалы предназначены для работы в режиме жидкостного трения, сочетающемся в реальных условиях эксплуатации с режимом граничной смазки.

Металлические материалы по своей структуре делятся на два типа сплавов: 1) сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями; 2) сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями.

К сплавам первого типа относятся баббиты и сплавы на основе меди – бронзы и латуни. Мягкая матрица в них обеспечивает не только защитную ракцию подшипникового материала на усилие трения и хорошую прирабатываемость, но и особый микрорельеф поверхности, улучшающий снабжение смазочным материалом участков трения и теплоотвод с них. Твердые включения на которые опирается вал обеспечивают высокую износостойкость.

Баббиты – мягкие антифрикционные сплавы на оловянной или свинцовой основе. Твердость 30НВ. По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости.

К сплавам второго типа относятся свинцовая бронза БрС30, и алюминиевые сплавы с оловом, например А09-2.Функцию мягкой составляющей в этих сплавах выполняют включения свинца и олова.

Антифрикционные свойства данных сплавов достаточно высокие, особенно у алюминиевых сплавов. Из-за хорошей теплопроводности граничный слой смазочного материала на этих сплавах сохраняется при больших скоростях скольжения и высоком давлении.

Билет№16.

Воспрос№1

Кристаллизация - это процесс образования зерен (кристаллитов) металла при его охлаждении. Кристаллитом называют кристалл неправильной формы. Возникновение и рост кристаллитов при переходе металла из жидкого состояния в твердое называют первичной кристаллизацией. Преобразование первичных кристаллитов при охлаждении затвердевшего металла, структурные превращения в нем, называют вторичной кристаллизацией.

Переохлаждение — это охлаждение жидкого металла до температуры ниже температуры его плавления. От наличия переохлаждения зависит вторая стадия процесса кристаллизации: образование центров кристаллизации, зародышей будущих кристаллитов. Атомы расплавленного металла не могут самопроизвольно сложиться в кристаллиты. Необходимо, чтобы в расплаве была готовая твердая поверхность, на которой будут откладываться атомы из жидкого металла, нужны твердые зародыши будущих кристаллитов - центры кристаллизации.

Структура слитков зависит от многих факторов, основные из которых следующие: количество и свойства примесей в чистом металле или легирующих элементов в сплаве, температура разливки, скорость охлаждения при кристаллизации, а также конфигурация, температура, теплопроводность литейной формы.

Типичная структура слитка состоит из трех зон. Жидкий металл прежде всего переохлаждается в места соприкосновения со стенками формы. Большая степень переохлаждения способствует образованию на поверхности слитки зоны 1 мелких равноосных кристаллов. Эта зона очень тонка и не различима невооруженным глазом. Затем происходит преимущественный рост кристаллов, наиболее благоприятно ориентированных по отношению к теплоотводу. Так образуется зона 2 столбчатых кристаллов, расположенных нормально к стенкам формы. Наконец, в середине слитка, где наблюдается наименьшая степень переохлаждения и не ощущается направленного отвода теплоты, образуются равноосные крупные кристаллы.

Монокристалы отличаются минимальными структурными несовершенствованиями. Получение монокристаллов позволяет изучать свойства металлов, исключив влияние границ зерен.

Монокристаллы можно получить если создать условия для роста кристалла только из одного центра кристаллизации.

Метод Бриджмена состоит в следующем: металл, помещенный в специальный тигель с коническим дном, нагревается в вертикальной трубчатой печи до температуры на 50-100С выше его температуры плавления. Затем тигель медленно удаляется из печи со скоростью не превышающей скорость кристаллизации данного металла.

При высоких скоростях охлаждения из жидкого состояния диффузионные процессы настолько замедляются, что подавляется образование зародышей и рост кристаллов. В этом случае при затвердевании образуется аморфная структура. Материалы с такой структурой получили название аморфные металлические сплавы. АМС можно получить путем сверхбыстрого охлаждения из газовой сред, электролизом химическим осаждением и механическим легированием.

Вопрос№2.

Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900…950 ^oС.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).

Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины.Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита ( h. = 1…2 мм).Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более 1,2 %).Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость.На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).Участки деталей, которые не подвергаются цементации, предварительно покрываются медью (электролитическим способом) или глиняной смесью.

В результате цементации достигается только выгодное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая термообработка. Все изделия подвергают закалке с низким отпуском. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины.Комплекс термической обработки зависит от материала и назначения изделия.

Графики различных комплексов термической обработки представлены на рис. 15.2.

Вопрос№3.

Обработка резанием – основной способ изготовления большинства деталей машин и приборов. С улучшением обрабатываемости деталей возрастает производительность их обработки. Обрабатываемость оценивают несколькими показателями, но самый главный – интенсивность изнашивания режущего инструмента. Количественная характеристика этого показателя – максимально допустимая скорость резания. Повышение обрабатываемости резанием достигается технологическими и металлургическими приемами. К технологическим относят ТО и наклеп. Заготовки среднеуглеродистых сталей подвергают нормализации, так как при этом формируется наиболее благоприятная для обработки структура, состоящая из феррита и пластинчатого перлита.

Металлургические приемы – введение в конструкционную сталь серы, селена, кальция, изменяющих состав и количество неметаллических включений.

Такие стали с увеличенным содержанием серы называют автоматными сталями. В Соответствии с ГОСТ их маркируют буквой А(автоматная).

Технологическая пластичность – способность подвергаться горячей и холодной пластичной деформации.

В горячем (аустенитном) состоянии большинство сталей обладает высокой пластичностью, что позволяет получать фасонный прокат и поковки без дефектов. Более того, горячей обработкой давлением ( в сочетании с последующим отжигом) измельчают микроструктуру устраняют литейные дефекты и, формируя волокна вдоль контура поковок, создают благоприятно ориентированную макроструктуру.

Свариваемость – способность получения сварного соединения, равнопрочного с основным металлом. Свариваемость металла характеризуется коэффициентом равнопрочности сварного соединения, количеством допускаемых способов и простотой технологии.

Билет№17

Вопрос№1.

Принципиально важным для железо-углеродис­тых сплавов является то, что основной компонент - железо су­ществует в двух аллотропических модификациях: объемноцентрированного куба (Fe_a) и гранецентрированного куба (Fe_g). Из кривой охлаждения чистого железа (рис.1) видно, что Fe_a существует в двух интервалах температур : ниже 911°С и от 1392 до 1539°С. Достигнув при охлаждении температуры 1392°С, Fe_a претерпевает аллотропическое превращение, в процессе ко­торого кристаллическая решетка объемно-центрированного куба при постоянной температуре перестраивается в решетку гранецентрированного куба Fe_g. Второе аллотропическое превращение в процессе охлаждения происходит при температуре 911°С, когда Fe_g (решетка гранецентрированного куба) перестраивается в объемноцентрированную кубическую решетку Fe_a.

При температуре 768°С, называемой точкой Кюри, железо испытывает магнитное превращение: ниже 768°С железо становится магнитным. Магнитное превращение есть особый вид превращения и имеет ряд особенностей, отличающих его от аллотропического прев­ращения.

Железо с углеродом образует твердые растворы внедрения и химические соединения.

В зависимости от содержания углерода железо-углеродистые сплавы делятся на два класса: стали и чугуны.

Сталями называются сплавы, содержащие до 2,14% углерода. Чугуны имеют в своем составе от 2,14 до 6,67% углерода.

В зависимости от содержания углерода и структуры сталей различают:

- техническое железо - сплавы, содержащие до 0,02% угле­рода.

- доэвтектоидные стали - сплавы, содержащие от 0,02 до 0,8% углерода,

- эвтектоидные стали - сплавы, содержащие 0,8% углерода,

-заэвтектоидные стали - сплавы, содержащие от 0,8 до 2,14% углерода.

Вопрос№2.

Полиморфизм – свойство металла изменять свою кристаллическую решётку под влиянием внешних факторов (температура, давление). Feα Û Feγ. Характерен для различных классов веществ. Полиморфизм для простых веществ называют аллотропией. При заданных условиях (температура, давление и др.) одна из модификаций является термодинамически стабильной, другие — метастабильными. При изменении условий может оказаться стабильной другая модификация. Условия, при которых стабильна каждая из модификаций, изображаются на фазовой диаграмме соответствующего вещества. Переход из метастабильной модификации в стабильную, выгодный термодинамически, не всегда можно наблюдать на практике, так как он зачастую связан с кинетическими затруднениями. Примером является алмаз, полиморфная модификация углерода, которая при нормальных условиях метастабильна, но существует неограниченно долго. Это объясняется тем, что для перестройки кристаллической решетки требуется преодолеть энергетический барьер. Во многих случаях удается закалить высокотемпературную модификацию до комнатной температуры. Не удается закалить высокотемпературную фазу в случае мартенситных превращений, характеризующихся бездиффузионным переходом.

Вопрос№3.

К порошковым твердым сплавам относятся материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой.

Твердые сплавы изготовляют порошковой технологией. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющего роль связки, прессуют и спекают при 1400-1500С. При спекании кобальт растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал, структура которого на 80-95% состоит из карбидных частиц, соединенных связкой. Увеличение содержания связки уменьшает твердость, но повышает прочность и вязкость. Твердые

сплавы производят в виде пластин, которыми оснощаают резцы, сверла, фрезы и другие режущие инструментыю Такие инструменты сочетают высокую твердость 74-76РКСю

Три группы сплавов: вольфрамовая, титанвольфрамова, титанотанталовольфрамовая)

Билет№18.

Воспрос№1

Сталь У13-углеродистая сталь(содержание углерода 1.3%) является материалом для режущих инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: метчики ручные, метчики машинные мелкоразмерные, плашки для круппов, развертки мелкоразмерные, надфили, измерительный инструмент простой формы: гладкие калибры, скобы. Буква У в марке стали показывает, что она углеродистая, а число среднее содержание углерода в десятых долях процента. У13 является заэвтектойдной сталью. Ее подвергают неполной закалке и низкому отпуску при 150-180С на структуру мартенсита с включениями цементита. Инструменты из этой стали обладают повышенной износостойкостью и высокой твердостью(62-64HRC) на рабочих гранях. В связи с этим инструменты из этой стали пригодня для обработки при небольших скоростях резания.

Вопрос№2.

Нитроцементация сталей — процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Наиболее часто нитроцементация проводится при 850—870 °С. После нитроцементации следует закалка в масло с повторного нагрева или непосредственно из нитроцементационной печи с температуры насыщения или небольшого подстуживания. Для уменьшения деформации рекомендуется применять ступенчатую закалку с выдержкой в горячем масле 180—200 °С.

По сравнению с цементацией нитроцементация имеет ряд существенных преимуществ. При легировании аустенита азотом снижается температура α ↔ γ-превращения, что позволяет вести процесс насыщения при более низких температурах. Одновременно в присутствии азота резко возрастает диффузионная подвижность углерода в аустените.

Процесс нитроцементации получил широкое распространение в машиностроении для деталей, по условиям работы которых достаточна толщина упрочненного слоя 0,2—1,0 мм. На ВАЗе 94,5 % деталей, упрочняемых ХТО, подвергаются нитроцементации. Например, нитроцементация широко применяется для упрочнения зубчатых колёс. В этом случае эффективная толщина слоя (до HV 600) для шестерён с модулем 1,5—3,5 мм принимается 0,3 ± 0,1, а при модуле 4,0—5,5 мм — 0,4 ± 0,1.

Вопрос№3.

Пластическими массами, или пластмассами, называют материалы, изготовленные на основе полимеров. Состав композиций разнообразен: простые пластмассы – это полимеры без добавок, сложнее пластмассы – это смеси полимеров с различными добавками (наполнители, стабилизаторы, пластификаторы и т.д)

Пластмасса характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкой электрической и тепловой проводимостью, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны.

Термопластичные пластмассы (термопласты) в отличие от термоактивных нашли более широкое применение и производятся в больших количествах. Термопласты при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.Реактопласты (термореактивные пластмассы) отличаются более высокими рабочими температурами, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Билет №19

1.Пластическая деформация и влияние степени деформации на свойства. Рекристаллизация и её влияние на свойства. Холодная и горячая обработка давлением.

Пластической деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием напряжений. Пл деф исп также как способ упрочнения Ме и способ получения опред структурного состояния. Различают объемную и поверхностную деф.

Пластичность – способность мат к пласт деф.

Мех-м пластич деф:

1) Диффузионный (при выс tº и выс напряж); 2)Сдвиговой ( t=0,3 - 0,4 tпл и выс напряж)

Сдвиг может быть: 1) скольжение; 2) двойникование; 3) межзеренное скольжение.

Основной способ реализации сдвига-скольжения, кот происходит путем перемещения дислокаций – сдвигово-дислокационный мех-м: при каждом перемещении дислокации на один шаг необходимо разорвать связь только между двумя рядами атомов, при дальнейшем движении дислокация пройдет всю плоскость скольжения и выйдет на поверхность зерна.

Пластич деф может быть: холодной ( t меньше 0,3 tпл), теплой (t=0,3 - 0,5 tпл), горячей (t больше 0,5 tпл).

Изменение ст-ры и св-в при холодной пластич деф:

1) Анизотропия ф-мы зерна; изм ориентация зерен – они вытягиваются в напр нагрузки

2) увелич плотности дислокаций; увелич конц вакансий; внутри зерен обр-ся субзерно с различной кристаллографич ориентировкой.

3) Упрочнение (наклеп), снижение пластичности, анизотропия св-в.

Изменение ст-ры и св-в при горячей обработке давлением:

1)При t больше t пр в сплаве также протекают процессы разупрочнения, что связано с динамической полигонизацией и рекристаллизацией. Дин полиг сопровождается увелич плотн дислокаций в субзернах, дин рекрист отличается тем, появившиеся рекрист-е зерна из-за продолжающ-ся деформации наклепываются.

Рекристаллизация – процесс фовмир-я и роста новых недеф. зерен с пониженной плотностью дислокаций, разделенных большеугловыми границами при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

1 стадия – первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в самопроизв росте одних рекрист зерен за счет соседних путем перемещ большеугловых границ.

Вторичная рекристаллизация – аномальный рост отдельных зерен.Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: