Шпаргалка по "Металлургии"

1.Основные свойства  металлов. Классификация

1.Основные свойства металлов.

Свойства металлов делятся  на физические, химические, механические и технологические.

К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширяемость при нагревании.

К химическим – окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

К механическим – прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

К технологическим – прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариемость, обрабатываемость резанием.

1. Физические и химические  свойства.

Цвет. Металлы непрозрачны, т.е. не пропускают сквозь себя свет, и  в этом отраженном свете каждый металл имеет свой особенный оттенок  – цвет.  Из технических металлов окрашенными являются только медь (красная) и ее сплавы. Цвет остальных металлов колеблется от серо- стального до серебристо – белого.

Плавкость. Способность при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое является важнейшим свойством металлов. При нагревании все металлы переходят из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении расплавленного металла – из жидкого состояния в твердого. Температура плавления технических сплавов имеет не одну определённую температуру плавления, а интервал температур, иногда весьма значительный.

Электропроводность. Электропроводность заключается в переносе электричества свободными электронами. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. При повышении температуры электропроводность металлов падет, и при понижении – возрастает. При приближении к абсолютному нулю (- 2730С) электропроводность беспредельно металлов колеблется от +2320 (олово) до 33700 (вольфрам). Большинство увеличивается (сопротивление, падает почти до нуля). Электропроводность сплавов всегда ниже электропроводности одного из компонентов, составляющих сплавов.

Магнитные свойства. Явно магнитными (ферромагнитьными) являются только три металла: железо, никель, и кобальт, а также некоторые их сплавы. При нагревании до определённых температур эти металлы также теряют магнитные свойства. Некоторые сплавы железа и при комнатной температуре не являются ферромагнитными. Все прочие металлы разделяются на парамагнитные (притягивают магнитами) и диамагнитные (отталкиваются магнитами).

Теплопроводность. Теплопроводность называется переход тепла в теле от более нагретого места к менее нагретому без видимого перемещения частиц этого тела. Высокая теплопроводность металлов позволяет быстро и равномерно нагревать их и охлаждать.  Из технических металлов наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплопроводность железа значительно ниже, а теплопроводность стали меняется в зависимости от содержания в ней компонентов. При повышении температуры теплопроводность уменьшается, при понижении – увеличивается.Теплоёмкость. Теплоёмкость называется количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 10.

2. Механические свойства. Прочность. Твердость. Вязкость. Пластичность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Инструментальные  стали

Режущие инструменты, изготовленные  из углеродистых инструментальных сталей У10А, У11А, У12А, У13А, обладают достаточной  твердостью, прочностью и износостойкостью при комнатной температуре, однако теплостойкость их невелика. При температуре 200-250 "С их твердость резко уменьшается. Поэтому они применяются для  изготовления ручных и машинных инструментов, предназначенных для обработки  мягких металлов с низкими скоростями резания, таких, как напильники, мелкие сверла, развертки, метчики, плашки и  др. Углеродистые инструментальные стали  имеют низкую твердость в состоянии  поставки, что обеспечивает их хорошую  обрабатываемость резанием и давлением. Однако они требуют применения при  закалке резких закалочных сред, что  усиливает коробление инструментов и опасность образования трещин.

Инструменты из углеродистых инструментальных сталей плохо шлифуются  из-за сильного нагревания, отпуска  и потери твердости режущих кромок. Из-за больших деформаций при термической  обработке и плохой шлифуемости  углеродистые инструментальные стали  не используются при изготовлении фасонных инструментов, подлежащих шлифованию по профилю.

С целью улучшения свойств  углеродистых инструментальных сталей были разработаны низколегированные  стали. Они обладают большей прокаливаемостью и закаливаемостью, меньшей чувствительностью  к перегреву, чем углеродистые стали, и в то же время хорошо обрабатываются резанием и давлением. Применение низколегированных  сталей уменьшает количество бракованных  инструментов.

Область применения низколегированных  сталей та же, что и для углеродистых сталей.

По теплостойкости легированные инструментальные стали незначительно  превосходят углеродистые. Они сохраняют  высокую твердость при нагреве  до 200-260°С и поэтому непригодны для  резания с повышенной скоростью, а также для обработки твердых  материалов.

 

 

 

 

 

3.Твердые сплавы.

Твердые сплавы в течение  последних двух десятилетий получили очень широкое распространение  в промышленности. Они используются в горной промышленности – для  бурения, металлообрабатывающей промышленности – для резания, штамповки и  волочения, а также для наплавки быстроизнашивающихся деталей.

Широкое распространение  твердых сплавов в промышленности объясняется тем, что инструменты, оснащенные твердыми сплавами, позволяют  во много раз повысить производительность имеющегося оборудования и снизить  себестоимость изготовляемых изделий  и что детали, направленные твердыми сплавами, работают на истирание значительно (иногда в десятки раз) дольше ненаплавленных деталей.

Основной составляющей всех сплавов являются карбиды металлов: вольфрама, молибдена, хрома, титана, марганца. Карбиды придают сплавам высокую  твердость и износоустойчивость. Кроме того, в состав твердых сплавов  входят кобальт, никель, железо.

Твердые сплавы делятся на литые, порошкообразные и металлокерамические.

1.Литые и порошкообразные  твердые сплавы.

Эти сплавы применяются для  наплавки быстроизнашивающихся деталей.

Литые твердые  сплавы – стеллиты и стеллитоподобные – отличаются высокой коррозионной стойкостью, в частности в серной кислоте; сохраняют стойкость при высоких температурах (стеллиты – до 8000 , стеллитоподобные до – 6000).

 Стеллиты и сормайт  широко применяются в машиностроении  для наплавки деталей и инструментов, работающих без ударов, и там,  где деталь после механической  обработки должна быть ровной  и чистой ( главным образом при  трении скольжения), например: для  гибочных и вытяжных матриц, центров  станков, измерительных скоб, колец  для протяжки. Ввиду высокой жаропрочности  этих сплавов их применяют  также для наплавки деталей,  работающихся при высоких температурах, например: для деталей металлургического  оборудования, ножей для горячей  резки, клапанов двигателей внутреннего  сгорания.

Наплавку литых твердых  сплавов можно производить на стальные (железные) и чугунные детали независимо от их сечения и конфигурации. Покрытие рабочей поверхности детали слоем сплава производится с помощью  газовой горелки ацетилено –  кислородным пламенем.

 

         Порошкообразные твёрдые сплавы  –вокар и сталинит – применяются  главным образом для наварки  деталей производящих грубую  работу, где допускается максимальное  количество пор и раковин и  обработка наваренной поверхности  не является обязательной (щеки  дробилок, зубья экскаваторов, землечерпалок и др.Вокар содержит 86% вольфрама, 9,5 – 10,5% углерода, до 0,5% кремния и до 2,5% железа; сталинит – 16 – 20% хрома, 8 – 10% углерода, 13 – 17% марганца до 3% кремния, остальное – железо. Наварка порошкообразных твердых сплавов производится электрицеской дугой постоянного тока по способу Бенардоса (с применением угольного электрода). Поверхность, подлежащая наварке, устанавливается горизонтально, на нее наносят тонкий(0,2 – 0,3мм)слой флюса (прокаленной буры) и слой порошкообразного твердого сплава (шихты) толщиной 3 – 5мм.Электрод соединяется с отрицательным полюсом, деталь – с положительным. Электрическая дуга, образующаяся между электродом и деталью, расплавляет шихту и близлежащие слои основного металла, при этом образуется небольшая ванночка расплавленного твердого сплава и основного металла. Электроду сообщают поступательное зигзагообразное движение, причем дуга непрерывно переносится по поверхности твердого сплава.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Кристаллизация  металлов

Все металлы могут находиться в твердом, жидком или в газообразном состояниях. Переход из твердого состояния  в жидкое происходит при определенной температуре плавления, переход  из жидкого состояния в газообразное происходит при температуре кипения. Эти температуры зависят от давления. Температура плавления является одной из важнейших характеристик металла.Процессы нагрева или охлаждения, при которых происходит переход металла из одного состояния в другое, связаны с получением или потерей тепла. Все превращения в природе, протекающие самопроизвольно, вызываются стремлением системы к переходу из неустойчивого состояния в более устойчивое, обладающее меньшим запасом свободной энергии.С изменением температуры свободная энергия для жидкого и твердого (кристаллического) состояния изменяется различно. Но для каждого металла есть такая температура, при которой свободные энергии жидкого и твердого состояний равны, металл в обоих состояниях находится в равновесии. Эта температура и называется теоретической температурой кристаллизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Конструкционные  коррозионно-стойкие и жаростойкие  стали

Коррозионностойкие и  жаростойкие стали и сплавы на основе железа и никеля — один из важнейших классов специальных  конструкционных материалов, использующихся в большинстве важнейших отраслей промышленности: химической, тепловой и атомной энергетике, целлюлозно-бумажной, нефтегазодобывающей, медицинской, судостроительной, автомобильной, пищевой, бытовой технике, промышленном и гражданском строительстве  и т.д.

Отличительной особенностью коррозионнестойких сталей и сплавов  является их повышенная стойкость против равномерной коррозии в широкой  гамме коррозионно-активных сред различной  степени агрессивности. Наряду с  этим многие из них стойки против локальных  видов коррозии (межкристаллитной, питтинговой, щелевой, коррозионного  растрескивания) в галоидосодержащих  средах и имеют высокий уровень  физико-механических свойств.

Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы характеризуются  высокой стойкостью против химического  разрушения поверхности и в газовых  средах при температурах выше 550 °С, работающих в ненагруженном и  слабонагруженном состояниях.

Высокопрочные коррозионностойкие и конструкционные мартенсит-но-стареющие  стали представлены марками с  различным уровнем прочности (ств = 1100-2250 Н/мм2, а02 = 990-2300 Н/мм2). Стали этого  структурного класса характеризуются  уникальным сочетанием прочности, пластичности и вязкости, что делает их незаменимыми при использовании в тяже-лонагруженных  элементах конструкций криогенной, авиационной, ракетно-космической техники  и др.

С учетом основных тенденций  в развитии отраслей-потребителей в  последние десятилетия наряду с  расширением марочного и размерного сортамента осуществлялось производство металлопродукции с повышенными  эксплуатационными и технологическими свойствами.

 

 

 

 

 

 

 

6.Основы теории сплавов

Металлы в чистом виде не обеспечивают требуемых механических и технологических свойств. Поэтому  в большинстве случаев в технике  используют металлические сплавы, получаемые в основном сплавлением при высоких  температурах двух и более составляющих (компонентов сплава). Другие способы  получения сплавов — спекание, электролиз, конденсация (сгущение), возгонка — применяются значительно реже. По числу компонентов сплавы делят  на двойные, тройные и т.д.

В жидком состоянии сплавы представляют собой жидкий раствор. В твердом виде структура сплавов  зависит от характера взаимодействия их компонентов и может представлять собой механическую смесь, химические соединения или твердый раствор. Механические и физические свойства любого сплава определяются типом взаимодействия его компонентов и их исходными  свойствами.

Сплавы, являющиеся по природе  механической смесью, неоднородны по составу, в твердом состоянии  их структура представляет собой  мельчайшую смесь кристаллитов компонентов, которые в жидком состоянии могут  иметь полную взаимную растворимость.

Свойства такого сплава получаются усредненными по сравнению со свойствами компонентов, которые его образуют, а рентгеноструктурный анализ устанавливает  наличие в сплаве кристаллических  решеток всех его компонентов.

Химическое соединение может  образовываться в металлических  сплавах как между металлами, так и между металлами и  неметаллами — компонентами системы, и, главное, характеризуется образованием новой кристаллической решетки  с упорядоченным расположением  в ней атомов компонентов. При  этом новая решетка значительно  отличается от решеток компонентов, и свойства сплава при этом существенно  иные. Химическое соединение образуется при строгом массовом соотношении  компонентов в соответствии с  его стехиометрической формулой. Важно отметить, что химические соединения обычно тугоплавки, тверды, статически прочны и нередко хрупки.

 

 

 

 

 

7.Конструкционные  стали. Основы легирования

Конструкцио́нная сталь  — сталь, которая применяется  для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладает определёнными  механическими, физическими и химическими  свойствами. Конструкционные стали  подразделяются на несколько подгрупп.