Шпаргалка по "Материаловедению"

Содержат 0,9…1,4 % углерода. В качестве легирующих элементов содержат хром, вольфрам, ванадий, марганец, кремний и другие. Общее содержание легирующих элементов до 5%.

Высокая твердость и  износостойкость в основном определяются высоким содержанием углерода. Легирование  используется для повышения закаливаемости и прокаливаемости, сохранения мелкого зерна, повыщения прочности и вязкости.

Термическая обработка  включает закалку и отпуск.

Проводят закалку с  температуры 800…850^oС в масло или ступенчатую закалку, что уменьшает возможность коробления и образования закалочных трещин.

Отпуск проводят низкотемпературный, при температуре 150…200^oС, что обеспечивает твердость HRC 61…66. Иногда, для увеличения вязкости, температуру отпуска увеличивают до 300^oС, но при этом наблюдается снижение твердости HRC 55…60.

Для деревообрабатывающего инструмента из сталей 6ХС и 9ХФ рекомендуется изотермическая закалка, значительно улучшающая вязкость.

Повышенное содержание кремния (сталь 9ХС) способствует увеличению прокаливаемости до 40 мм и повышению  устойчивости мартенсита при отпуске. Недостатками сталей, содержащих кремний, являются чувствительность их к обезуглероживанию при термообработке, плохая обрабатываемость резанием и деформированием из-за упрочнения феррита кремнием.

Повышенное содержание марганца (стали ХВГ, 9ХВСГ) способствует увеличению количества остаточного аустенита, что уменьшает деформацию инструмента при закалке. Это особенно важно для инструмента, имеющего большую длину при малом диаметре, например, протяжек.

Хром увеличивает прокаливаемость  и твердость после закалки.

Стали используются для изготовления инструмента и ударного, и режущего.

“Алмазная ” сталь  ХВ5 содержит 5% вольфрама. Благодаря  присутствию вольфрама, в термически обработанном состоянии имеет избыточную мелкодисперсную карбидную фазу. Твердость составляет HRC 65…67. Cталь используется для изготовления инструмента, сохраняющего длительное время острую режущую кромку и высокую размерную точность (развертки, фасонные резцы, граверный инструмент).

прокаливаемость для  обеспечения высокой прочности  по всему сечению инструмента.

Для изготовления молотовых  штампов применяют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХСМФ. Вольфрам и молибден добавляют для  снижения склонности к отпускной  хрупкости. После термической обработки, включающей закалку с температуры 760…820^oС и отпуск при 460…540^oС, сталь имеет структуру – сорбит или троостит и сорбит отпуска. Твердость 40…45 HRC.

Штампы горячего прессования  работают в более тяжелых условиях. Для их изготовления применяются  стали повышенной теплостойкости. Сталь 3Х2В8Ф сохраняет теплостойкость до 650^oС, но наличие карбидов вольфрама снижает вязкость. Сталь 4Х5В2ФС имеет высокую вязкость. Повышенное содержание хрома и кремния значительно увеличивает окалиностойкость стали.

Для штампов небольших  размеров (до 25 мм) используют углеродистые инструментальные стали У10, У11, У12 после закалки и низкого отпуска на твердость 57…59 HRC. Это позволяет получить хорошую износостойкость и ударную вязкость.

Для более крупных  изделий применяют легированные стали Х, Х9, Х6ВФ. Для повышения износостойкости инструмента после термической обработки проводят цианирование или хромирование рабочих поверхностей.

 

 

 

35. Быстрорежущие стали

Стали получили свое название за свойства. В следствии высокой  теплостойкости (550…650^oС), изготовленные из них инструменты могут работать с достаточно высокими скоростями резания.

Стали содержат 0,7…1,5 % углерода, до 18 % основного легирующего элемента – вольфрама, до 5 % хрома и молибдена, до 10 % кобальта

Добавление ванадия  повышает износостойкость инструмента, но ухудшает щлифуемость. Кобальт повышает теплостойкость до 650^oС и вторичную твердость HRC 67…70.

Микроструктура быстрорежущей  стали в литом состоянии имеет  эвтектическую структурную составляющую. Для получения оптимальных свойств  инструментов из быстрорежущей стали необходимо по возможности устранить структурную неоднородность стали – карбидную ликвацию. Для этого слитки из быстрорежущей стали подвергаются интенсивной пластической деформации (ковке). При этом происходит дробление карбидов эвтектики и достигается более однородное распределение карбидов по сечению заготовки.

Затем проводят отхиг  стали при температуре 860…900^oС. Структура отожженной быстрорежущей стали – мелкозернистый (сорбитообразный) перлит и карбиды, мелкие эвтектоидные и более крупные первичные. Количество карбидов около 25 %. Сталь с такой структурой хорошо обрабатывается резанием. Подавляющее количество легирующих элементов находятся в карбидной фазе. Для получения оптимальных свойств стали в готовом инструменте необходимо при термической обработке обеспечить максимальное насыщение мартенсита легирующими элементами. При закалке быстрорежущие стали требуют нагрева до очень высоких температур, около 1280^oС. Нагрев осуществляют в хорошо раскисленных соляных ваннах BaCl_2/, что улучшает равномерность прогрева и снижает возможность обезуглероживания поверхности. Для снижения термических фазовых напряжений нагрев осуществляют ступенчато: замедляют нагрев при температурах 600…650^oС и при 850…900^oС.

Твердость стали после  отпуска составляет 64…65 HRC. Структура стали после термообработки состоит из мартенсита отпуска и карбидов.

При термической обработке  быстрорежущих сталей применяют  обработку холодом. После закалки  сталь охлаждают до температуры  — 80 … — 100^oС, после этого проводят однократный отпуск при температуре 560^oС для снятия напряжений.

Иногда для повышения  износостойкости быстрорежущих  сталей применяют низкотемпературное цианирование.

Основными видами рехущих  инструментов из быстрорежущей стали  являются резцы, сверла, долбяки, протяжки, метчики машинные, ножи для резки бумаги. Часто из быстрорежущей стали изготавливают только рабочую часть инструмента.

 

 

 

 

36. Алюминий. Классификация, маркировка алюминиевых сплавов

Алюминий- это лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

Классификация деформируемых алюминиевых сплавов По физико-химическим и технологическим свойствам все деформируемые алюминиевые сплавы можно разделить на следующие группы:

1) малолегированные и термически  не упрочненные сплавы;

2) Сплавы, разработанные на базе  систем: Al-Mg-Si, : Al-Mg-Si-Cu-Mn (АВ, АК6, АК8);

3) Сплавы типа дуралюмин  (Д1, Д6, Д16 и др);

4) Сплавы, разработанные на базе  системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe (АК2, АК4, АК4-1);

5) Сплавы типа В95, обладающие  наибольшей прочностью при комнатной  температуре.

В соответствии с ГОСТ 11069–2001, в российской промышленности производится первичный алюминий трех сортов:

особой чистоты -А999

высокой чистоты - А995–А95

технической чистоты — А85–А0

В данном обозначении буква «А» - значит алюминий, а цифры, следующие  за ней, указывают процентные доли содержания алюминия.

К основным легирующим элементам в  сплавах алюминия относятся медь, цинк, магий, марганец. Сильное влияние  на литейные характеристики алюминиевых  сплавов, оказывает уровень и  количество примесей кремния с железом.

Алюминиевые сплавы по способу производства изделий разделяются на 2 основных типа. Первый — деформируемые, из них  делают листы, плиты, профили, трубы, поковки, проволоку. Второй тип — литейные, используются для фасонных отливок.

 

Вид алюминия (сплава алюминия)	Маркировка
Алюминий чистый, нелегированный	А999, А995, А99, А97, А95, А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е, А0, АД0, АД1, АД00
Деформируемые алюминиевые сплавы с низким содержанием магния (до 0,8%)	Д1, В65, Д18, Д1П, АД31, АД
Литейные алюминиевые сплавы с низким содержанием меди (до 1,5%)	АЛ5, АЛ32, АЛ2, АЛ4, АЛ4-1, АЛ9, АЛ9-1, АЛ34, АК9 (АЛ4В), АК7 (АЛ9В), АЛ5-1
Литейные алюминиевые сплавы с  высоким содержанием меди (более 1,5%)	АЛ3, АЛ6, АК5М2 (АЛ3В), АК7М2 (АЛ14В), АЛ7, АЛ19, АК5М7 (АЛ10В), АЛ33 (ВАЛ1)
Литейные алюминиевые сплавы с  высоким содержанием кремния	АЛ1, АЛ21, АЛ25, АЛ30, АК21М2,5Н2,5, АК18, КС-740
Деформируемые алюминиевые сплавы с высоким содержанием магния	АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг5п, АМг6
Литейные алюминиевые сплавы с  высоким содержанием магния	АЛ8, АЛ27, АЛ27-1, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ23-1, АЛ28
Деформируемые алюминиевые сплавы с высоким содержанием цинка	В95, 1915 и 1925
Литейные алюминиевые сплавы с  высоким содержанием цинка	АЛ11, АК4М4, АК4М2Ц6

 

Сплавы на основе алюминия широко применяются в качестве конструкционных материалов. Сплавы на основе алюминия бывают деформируемыми и литейными. Основной легирующий элемент литейных сплавов - кремний (Si) и называются они силуминами. Деформируемые сплавы бывают ковкими - обозначаются (АК) и обработанные прокаткой или волочением дуралюмины (Д). В маркировке сплава после букв следует условный номер сплава. Поставляются алюминиевые сплавы по ГОСТ 4784-74 и ГОСТ 2685-75.

 

 

37. Термическая обработка  алюминиевых сплавов

Отжиг слитков или деформированных полуфабрикатов применяется в тех случаях, когда возникшее по тем или иным причинам неравновесное состояние сплава обусловливает появление нежелательных свойств, чаще всего пониженной пластичности.

Применительно к алюминиевым сплавам  наиболее распространены три разновидности неравновесных состояний.

1. Неравновесное состояние, свойственное литым ставам. Скорость охлаждения сплавов при кристаллизации слитков значительно превышает скорости охлаждения, необходимые для равновесной кристаллизации.

2. Неравновесное состояние, вызванное пластической деформацией, особенно холодной. Основные особенности структуры деформированного алюминия и его сплавов, а также причины нестабильности деформированного металла описаны выше.

3. Неравновесное состояние, являющееся результатом предыдущей упрочняющей обработки (закалки и старения). Основная особенность такого состояния — присутствие в сплаве более или менее пересыщенного (легирующими компонентами) твердого раствора с дисперсными выделениями интерметаллидных фаз. Между этим неравновесным состоянием и двумя выше рассмотренными имеется принципиальное различие: оно может быть получено только в сплавах, претерпевающих фазовые превращения в твердом состоянии.

В соответствии с тремя рассмотренными выше разновидностями неравновесных состояний, наблюдающихся у алюминиевых сплавов, различают три разновидности отжига:

1) гомогенизирующий отжиг слитка, или гомогенизация;

2) рекристаллизационный и дорекристаллизационный  отжиг деформированных изделий  после обработки давлением;

3) гетерогенизационный отжиг, как правило, термически упрочненных полуфабрикатов (дораспад пересыщенного твердого раствора и коагуляция выделившихся интерметаллидов) с целью разупрочнения.

Гомогенизация - разновидность отжига, которая применяется при производстве деформированных полуфабрикатов.

Рекристаллизационный отжиг наиболее распространен в качестве промежуточной термической обработки межлу операциями холодной деформации или между горячей и холодной деформацией.

Гетерогенизационный отжиг термически упрочненных полуфабрикатов с целью их разупрочнения применяют только для сплавов, упрочняемых термообработкой. Он необходим в тех случаях, когда полуфабрикаты, упрочненные закалкой и старением, требуется разупрочнить (например, закаленные листы перед холодной штамповкой).

Цель закалки — получить в  сплаве предельно неравновесное  фазовое состояние (пересыщенный твердый  раствор с максимальным содержанием  легирующих элементов). Такое состояние  обеспечивает, с одной стороны, непосредственное повышение (по сравнению с равновесным состоянием) твердости и прочности, а с другой стороны, возможность дальнейшего упрочнения при последующем старении. Закалку применяют для сплавов, претерпевающих фазовые превращения в твердом состоянии. В алюминиевых сплавах, используемых в промышленности, наблюдается лишь один вид фазовых превращений: при нагреве интерметаллидные фазы растворяются в алюминии, а при охлаждении вновь выделяются из твердого раствора. Таким образом, закалка возможна только для алюминиевых сплавов, содержащих компоненты, растворимость которых в твердом алюминии возрастает с температурой (Сu, Mg, Mn, Si, Zn, Li), причем в количествах, превышающих растворимость при комнатной температуре.

Закалка алюминиевых сплавов заключается  в нагреве их до температуры, при  которой легирующие компоненты, находящиеся в интерметаллидных фазах, полностью или частично растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до низкой температуры (10...20 °С). В результате такой обработки структура, свойственная температуре нагрева, может быть получена при комнатной температуре, так как при быстром охлаждении распад твердого раствора (выделение интерметаллидных фаз) не успевает происходить. Содержание легирующих компонентов в алюминиевом твердом растворе после закалки значительно превышает их предельную равновесную концентрацию при комнатной температуре, т.е. при комнатной температуре твердый раствор пересыщен (и, как правило, в очень сильной степени).

 

 

 

 

 

 

38. Старение сплавов  на основе алюминия

Старение представляет собой  выдержку закаленного сплава при некоторых (относительно низких) температурах, при которых начинается распад пересыщенного твердого раствора или в твердом растворе происходят структурные изменения, являющиеся подготовкой к распаду. Цель старения — дополнительное повышение прочности закаленных сплавов.

Способность многих алюминиевых сплавов  к старению при комнатной температуре  обусловила возникновение применительно  к алюминиевым сплавам термина  «свежезакаленное состояние», т.е. состояние  сплава непосредственно после закалки. Свойства алюминиевых сплавов в свежезакаленном состоянии могут значительно отличаться от их свойств спустя определенное время после закалки (в результате естественного старения). Естественное и низкотемпературное искусственное старение связано с тонкими изменениями структуры, которые не обнаруживаются в световом, а в ряде случаев и в электронном микроскопе. И только специальные методы рентгеноструктурного анализа позволили Гинье и независимо от него Престону описать механизм подготовительных стадий распада пересыщенного твердого раствора.