Классификации инструментальных сталей и сплавов

По структурному признаку различают:

а) стали, содержащие С сверх эвтектоидной концентрации и имеющие после закалки твердую металлическую основу (мартенсит), в которой распределены еще более твердые включения (карбиды);
б) доэвтектоидные стали с повышенным содержанием С, получающие после закалки мартенситную структуру и высокую твердость;
в) аустенитные сплавы с пониженным содержанием С (0,1-0,4%), приобретающие высокую твердость вследствие карбидного и интерметаллидного упрочнения;
г) стали, устойчивые против коррозии и имеющие повышенное содержание С.

Cтали неглубокой прокаливаемости.

Стали для режущих и измерительных инструментов по технологическим свойствам подразделяются на стали неглубокой прокаливаемости и стали глубокой прокаливаемости.

Cтали неглубокой прокаливаемости подразделяются на углеродистые и легированные с небольшим содержанием хрома (до 0,7%) и ванадия V, а также мало прокаливающиеся вольфрамовые стали, не содержащие других легирующих элементов.

Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали обладают высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и красностойкостью. Применяются для высокоскоростного резания.

Стали глубокой прокаливаемости

Стали для режущих и измерительных инструментов по технологическим свойствам подразделяются на стали неглубокой прокаливаемости и стали глубокой прокаливаемости.

Стали глубокой прокаливаемости обладают большей устойчивостью переохлажденного аустенита; при закалке они приобретают мартенситную структуру и высокую твердость. В закаленном состоянии эти стали сохраняют больше остаточного аустенита, чем стали неглубокой прокаливаемости, что уменьшает объемные изменения и деформацию.

Легированные стали для ударного инструмента

Химический состав и назначение легированных сталей для ударного инструмента приведен в таблице.

Легированные стали для штампов холодного деформирования.

Эти стали должны обладать твердостью и прочностью, большими, чем твердость и прочность деформируемого металла; высокой износостойкостью; достаточной вязкостью; соответствующей прокаливаемостью; незначительными объемными изменениями при закалке.

Твердые сплавы

Применение специальных твердых сплавов дает возможность вести обработку металлов со сверхвысокими скоростями резания, поскольку эти сплавы обладают очень высокой твердостью, износоустойчивостью и красностойкостью. Основу твердых сплавов составляют карбиды тугоплавких металлов: WC, TiC, VC, TaC, NbC, CrC и др., которые имеют высокие температуры плавления, повышающие температуры плавления исходных металлов.

Легированные стали для штампов горячего деформирования

Легированные стали для штампов горячего деформирования применяют при попеременном нагреве и охлаждении рабочей поверхности штампов. Эти стали должны обладать высоким сопротивлением пластической деформации (большим, чем у обрабатываемого металла), обеспечивающим сохранение форм и размеров штампа; высокой теплостойкостью, обеспечивающей сохранение механических свойств и износостойкости при значительном нагреве; высокой разгаростойкостью (сопротивлением термической усталости при переменном нагреве и охлаждении рабочей поверхности). При этом разгаростойкость тем больше, чем ниже содержание С (а также W), меньше твердостьстали и выше температуры критических точек. При весьма низком содержании С и недостаточной твердости снижаются прочностные характеристики штамповых сталей.

 

Нержавеющие стали и сплавы

Нержавеющая сталь (нержавейка) - сложнолегированная сталь, стойкая против ржавления в атмосферных условиях и коррозии в агрессивных средах. Основной легирующий элемент нержавеющей стали - Cr (12-20%). Кроме того, нержавеющие стали содержат элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo). Чем выше содержание Cr в стали, тем выше её сопротивление коррозии. При содержании Cr более 12% сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17% - коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и др. средах, в частности в азотной кислоте крепостью до 50%.

Коррозионная стойкость нержавеющей стали объясняется тем, что на поверхности контакта хромсодержащего сплава со средой образуется тончайшая защитная плёнка окислов или др. нерастворимых соединений. Большое значение при этом имеют однородность металла, соответствующее состояние поверхности, отсутствие у стали склонности к межкристаллитной коррозии. Чрезмерно высокие напряжения в деталях и аппаратуре вызывают коррозионное растрескивание в ряде агрессивных сред, а иногда приводят к разрушению. В сильных кислотах высокую коррозионную стойкость показывают сложнолегированные нержавеющие стали и сплавы с более высоким содержанием Ni с присадками Mo, Cu, Si в различных сочетаниях. При этом для каждых конкретных условий выбирается соответствующая марка нержавейки. Выделяется также нержавейка жаростойкая.

 

22) порошковые сплавы на основе железа и цветных металлов

С целью повышения срока службы быстроизнашивающихся деталей сельскохозяйственных машин применяют наплавку твердых сплавов. Наибольшим сопротивлением износу обладают сплавы, содержащие карбиды или бориды, сцементированные соответствующей эвтектикой. Наплавку твердыми сплавами сейчас проводят не только при восстановлении изношенных, но и при изготовлении новых деталей машин. Это в зависимости от вида твердого сплава и технологии работ повышает износостойкость деталей в 2... 10 раз; значительно сокращает потребность в новых деталях, время простоя машин и механизмов, а также расходы на монтажные работы.

Современные твердые сплавы в зависимости от способа изготовления подразделяют на литые и порошкообразные (зернообразные).

· К первым относятся стеллиты В2К, ВЗК, ВЗК-ЦЭ, стеллитоподобные сплавы сормайт № 1 и сормайт № 2, порошковые электроды и ленты;

· Ко вторым — сталинит вокар, ВИСХОМ-9 и боридная смесь.

Стеллиты и стеллитоподобные сплавы представляют собой твердый раствор карбида хрома в кобальте, никеле или железе. Основой твердого раствора стеллитов является кобальт, а стеллитоподобных сплавов — никель или железо. Данные сплавы выпускают в виде литых прутков и применяют в качестве присадочного металла при наплавке деталей машин, работающих в условиях сухого, полусухого и жидкостного трения в холодном и горячем состоянии.

Порошковые электроды и ленты применяют при наплавке ножей бульдозеров и скреперов, опорных катков тракторов и экскаваторов. Механические свойства металла, наплавленного порошковыми электродами и лентами, в случае необходимости можно изменять за счет химического состава наполнителя. На стержни порошковой проволоки наносят покрытия, которые тоже влияют на химический состав наплавленного металла. Наиболее распространенными и доступными наполнителями порошковых электродов и лент являются доменный ферромарганец и сталинит.

Порошковые электроды маркируют следующим образом: ЭТН-1 с шихтой из доменного ферромарганца, ЭТН-2 с шихтой из сталинита, ЭТН-3 с шихтой из доменного ферромарганца с добавлением 6...7% никеля. Твердость металла, наплавленного данными электродами, достигает HRC60...61.

Шихта улучшенного сталинита состоит из 38% феррохрома, 11% ферромарганца, 47% чугунного порошка и 4% нефтенного кокса. В наплавленном металле содержится около 20% хрома, 17% марганца, 3% кремния и до 10% углерода. Твердость металлопокрытия, полученного при однослойной наплавке, составляет HRC 50, при двухслойной HRC 56...57. Данную шихту применяют при наплавке щек дробилок, зубьев и козырьков ковшей экскаваторов, бандажей бегунов и других деталей.

Вокар представляет собой механическую смесь измельченного вольфрама с углеродом. В наплавленном металле присутствуют сложные карбиды вольфрама, находящиеся в твердом растворе. Наплавленный металл содержит до 10% углерода, до 3 — кремния, 85...87 — вольфрама и до 2% железа. Металлопокрытие имеет высокую твердость, износостойкость и хрупкость. Первый слой наплавки имеет твердость HRC 56...58, второй — HRC 61...63. Вокаром наплавляют только буровой инструмент. Высокая стоимость, а также свойства наплавленного слоя ограничивают его применение.

Шихта ВИСХОМ-9 состоит из 74% измельченной стружки серого чугуна, 15 — ферромарганца, 5 — феррохрома, 6% серебристого графита, связанных между собой раствором жидкого стекла с водой. Металл, наплавленный такой шихтой, имеет твердость HRC 55...56. Данной шихтой наплавляют лапы культиваторов, лемеха, полевые доски плугов и т. п.

Боридная смесь БХ представляет собой механическую смесь, состоящую из 50% борида хрома и 50% железного порошка. Наплавленный металл насыщен кристаллами борида хрома, сцементированными эвтектикой, и содержит около 0,12% углерода, 35 — хрома, 7,63 — бора и 57,25 % железа; его твердость HRC 82...84, а износостойкость в 2...3 раза выше, чем при наплавке сталинитом. Боридную смесь применяют при наплавке деталей, работающих в абразивной среде без ударных нагрузок.

 

Медь и ее сплавы

Медь и ее сплавы находят широкое применение в электротехнической промышленности, электронике, приборостроении, плавильном производстве, двигателестроении. Основные сплавы, применяемые в конструкциях, – это латуни и бронзы.

Медь плавится при 1083°С, плотность 8, 94 кг/дмі, ГЦК – решетка, диамагнитна, не имеет полиморфизма, отлично электро- и теплопроводна. Выпускается 11 марок меди МООБ (99,99% Cu, бескислородная), МОБ (99,97% Cu), МО (99,95% Cu), М1 (99,9% Cu), М2 (99,7% Cu) и др. Вредные элементы в меди: Bi, Pb, O, H, Se, S, Te и др. придают красноломкость, хрупкость, хладноломкость, трещиночувствительность. В таблице 7 приведены свойства меди и сплавов на ее основе.

Сплавы меди с цинком называются латунями. Они содержат до 45% Zn. Сплавы меди с другими элементами таблицы Менделеева (Ag, Al, Au, Cd, Fe, Ni, Pt, P, Sb, Sn, Zn, Be, Pb, Kd и др.) называются бронзами.

Латуни бывают деформируемые (ГОСТ 15527 – 70) и литейные (ГОСТ 17711 – 93). Деформируемые латуни обозначаются буквой «Л» и цифрой, показывающей содержание меди (Л96, Л63). Часто латуни легируют Pb, Sn, Fe, Al, Si, Mn, Ni и др. элементами с целью придания определенных свойств. В этом случае ставят после Л обозначение элемента соответственно O, Ж, А, С, Мц, Н и т.д. Числа показывают содержание меди и последующих легирующих элементов.

Например: ЛАНМц59 – 3 – 2 – 2 содержит Cu – 59%, Al – 3%, Ni – 2%, Mn – 2%, Zn – остальное – 34%.

Примечание -Н — сплав нагартованный, упрочненный со степенью пла- стической де- формации 50% (Н) и 40% (Н*); О — отожженный при 600 °С по- сле соот- ветствующей степени деформации; 3 — закаленный, (3+С) — после закал- ки и старения; (3+Н+С) — закаленый, нагартованный и соста- ренный; П — литье в песчаные формы; К— литье в кокиль

Литейные латуни обозначаются буквами ЛЦ с цифрой указывающей со- держание Zn. Их так же легируют другими элементами, например, Лц23А6Ж2Мц2 содержат: 23% – Zn, 6% – Al, 2% – Fe, 2% – Mn. По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью, жидкотекучестью, отлично обрабатываются давлением (ά – латуни) на лист, сорт, трубы, специальный профиль.

Из литейных латуней изготавливают запорную арматуру, задвижки, подшипниковые вкладыши и многое другое. Бронзы маркируют буквами Бр. В деформируемых бронзах (Гост 5017- 74,18185-78) после этих букв указывают легирующие элементы, а в конце их содержание. Например, Бр0Ф6,5-04 содержит 6,5% Sn и 0,4% P, остальное медь. Литейные бронзы маркируются (ГОСТ 613 – 79, 493 – 79) с букв. Бр, затем легирующий элемент с цифрой и т.д. Например, Бр03Ц12С5 содержит Sn – 3%, Zn – 12%, Pb – 5%, основа Cu.

Бронзы оловянистые бывают одно – и двухфазные. С увеличением содержания олова прочность увеличивается в связи с появлением, кроме ά – фазы, δ – фазы. Оловянистые бронзы бывают деформируемые и литейные. Деформируемые бронзы имеют однофазную ά – структуру, их обычно легируют фосфором (до 0,4%). К ним относятся, например, БрОФ65 – 04, БрОЦ4 -3, БрОЦС4 – 4 – 25 и т.д. Для удешевления оловянистой бронзы в нее добавляют 5 – 10% Zn, 3 – 5% Pb, чтобы получать БрОЦС 5 – 5 – 5. Литейные оловянистые бронзы Бр03Ц12С5, Бр03Ц7С5Н1, Бр05Ц5С5, Бр05С25, Бр010ФЛ и др. обычно имеют двухфазную структуру (ά + δ). Они химстойки, антифрикционны. Из них изготавливают запорную арматуру, подшипники скольжения. Фосфор вводят для легирования и лучшего раскисления от CuO, SnO.

Применяют так же алюминиевые бронзы (БрA5), алюминиевожелезистые (БрА9ЖЗ), алюминиевомарганцовистые (БрАМц 9 – 2), алюминиевожелезоникелиевые БрАЖН10 – 4 – 4), кремнистые (БрК3), кремниймарганцевые (БрКМц3 – 1), бериллиевые (БрБ2), бериллиевоникельтитановые 19), хромовые (БрХ05), хромосеребряные (БрХAg05 – 05), циркониевые (БрЦр07) и т.д. Эти бронзы имеют большую твердость и упругость, особенно бериллиевые. Алюминиевые бронзы применяются для изготовления втулок, флянцев, шестерен. Бериллиевая бронза закаливается с 800°С и подвергается старению при 300 – 350°С. Получается твердость 350 – 400 НВ. Она используется для изготовления пружин, мембран, пружинящих контактов и т.д.

Отличным антифрикционным материалом является свинцовистая бронза (БрС30). Из латуней, как конструкционных сплавов, изготавливают трубки, силь- фоны, гибкие гофрированные шланги, мелкий сортовой прокат, лист и т.д.

Из оловянистых бронз изготавливают антифрикционные изделия, подпят- ники, подшипники скольжения, втулки, пояски поршневых колец. Высоко- прочные алюминиевые бронзы идут на изготовление шестерен, втулок, пружин, подшипников.

Из бериллиевой бронзы изготавливают упругие элементы манометров, приборов, пружины, мембраны. Хромистые и циркониевые бронзы используются в двигателестроении.

 

Алюминий и его сплавы

Алюминий имеет огромное значение в промышленности из-за высокой пластичности, большой тепло и электропроводности, слабой коррозии, т.к. образующая на поверхности пленка Al2O3 защищает металл от окисления. Из него делают тонкий прокат, фольгу, любой профиль прессованием и другими видами обработки давления. Из него изготавливают разного типа провода, применяют в электроаппаратуре.
Как конструкционный материал алюминий чаще всего применяется в сплавах со следующими легирующими элементами: Cu, Zn, Mg, Ni, Fe, Mn, Ti, Si, Cr, которые формируют упрочняющие зоны и фазы.

Сплав алюминия с медью называется дуралюминием (дюраль); сплав с кремнием – силумин – только литейный сплав. Сплав с марганцем – АМц одновременно повышает коррозионную стойкость; Ni, Ti, Cr, Fe повышает жаропрочность сплавов, затормаживая процесс диффузии; литий и бериллий способствуют возрастанию модуля упругости.

Все алюминиевые сплавы можно разделить на деформируемые (получают
лист, трубы, профиль, паковки, штамповки) и литейные – для фасонного литья.
Сплавы алюминия нашли широкое применение прежде всего в авиации,
автомобилестроении, судостроении и др.отраслях народного хозяйства.

Алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Порошковые материалы, композиты деформируются, а иногда льются.

Неупрочняемые сплавы Al – Mn (АМц) и Al – Mg (АМг). Это коррозион-
ностойкие материалы, идущие на изготовление бензо -, маслобаков, корпусов
судов.

Упрочняемые сплавы Al -Mg – Si (АВ, АД31, АД33) идут для изготовления лопастей и деталей кабин вертолетов, барабанов колес гидросамолетов.

Дуралюмины Al – Cu – Mg (Д1, Д16, Д18, Д19, ВД17, В93, В95, В96 и др.).

Дюраль содержит
от 2 до 4,5 Cu и, кроме того, он часто легируется Mg (~0.5%), Mn, Fe, Be, Si, Zn. Перечисленные элементы образуют ряд химических соединений, растворяемых в алюминии – матрице (CuAl2, Mg2Si) и нерастворимых Fe, Mn, Cu. Механические свойства после закалки и старения (отпуска) зависят от температуры закалки и старения, скорости охлаждения.

Высокопрочные сплавы Al – Zn – Mg – Cu (В93, В95, В96Ц) более прочны, чем дюралюминий, обладают лучшей коррозионной стойкостью и применяются для изготовления шпангоутов, лонжеронов, стрингеров. Алюминиевые сплавы часто применяются для изготовления поковок штамповок лопастей винта самолета, рам, поясов лонжеронов, крепежных деталей. Это сплавы АК1, АК6, АК8, АК4.

Жаропрочные алюминиевые сплавы системы Al – Cu – Mn (Д20, Д21) и Al – Cu – Mg – Fe – Ni (АК – 4 – 1) применяют для изготовления поршней, головок цилиндров, дисков, лопаток компрессоров и т.д., работающих при температурах до 300°С. Жаропрочность достигается за счет легирования Ni, Fe, Ti, (Д20, Д21, АК – 4 – 1).

Литейные алюминиевые сплавы применяются для изготовления литых заготовок. Это сплавы Al – Si (силумины), Al – Cu (дюрали), Al – Mg (Амг). К силуминам относятся сплавы Al – Si (AЛ – 2), Al – Si – Mg (АЛ – 4, АЛ – 9, АЛ – 34), которые упрочняются термообработкой. Силумины хорошо льются, обрабатываются резанием, свариваются, анодируются, пропитываются лаками.

Высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы систем Аl – Cu – Mn (АЛ – 19), Al – Cu – Mn – Ni (АЛ – 33), Al – Si – Cu – Mg (АЛ – 3, АЛ – 5). Легированные Ti, Cr, Ni, Cl, Zn жаропрочны до 300°С, хорошо термообрабатываются. Из них изготавливают поршни, головки блока, цилиндров и т.п.

Коррозионностойкие литейные алюминиевые сплавы систем Al – Mg (АЛ8, АЛ27) и Al – Mg – Zn (АЛ24) хорошо льются и свариваются. Легирование Be, Ti, Zn вызывает изменение зерна. Они термообрабатываются.

Спеченный алюминиевый порошок (САП) получается прессованием (700 МПа) при температуре 500 – 600°С алюминиевой пудры. САП характеризуется высокой прочностью и жаропрочностью до 500°С.

Спеченные алюминиевые сплавы систем Al-Si-Ni (СОС 1), Al-Si-Fe
(СОС 2) иногда легированные Mn,Cr, Zn, Ti, V закаливаются, стареют, жаро-
прочны до 350°С.

Композиционные алюминиевые сплавы армируются борными волокнами (АД1, АД33, ВКА – 1, ВКА – 2), стальной проволокой (КАС-1, КАС-1А) прочны, гнутся, обладают большой ударной вязкостью, жаропрочностью, усталостью, прочностью.

 

25)

Основные свойства пластмасс и их классификация

Материалы, получаемые синтезом органических веществ, на­зываются синтетическими. К ним относятся: пластмассы, пленки и волокна, резины, клеи, герметики, краски, лаки. В основе этих материалов лежат полимерные соединения, так называемые полиме­ры. Свойства синтетических материалов определяются физико-меха­ническими показателями тех полимеров, из которых они получены. Все полимеры отличаются исключительно большим размером молекул. Молекулы полимеров называют макромолекулами. Моле­кулярный вес полимеров составляет от 6—10 тысяч до величины, определяемой размером данного куска полимера, т. е. кусок поли­мера представляет собой единую молекулу. Форма молекул поли­меров может быть линейной (нитевидной) или сетчатой. Каждая макромолекула представляет собой совокупность звеньев какой-то одной определенной структуры, соединенных химическими связями. Часто макромолекулы представляют собой сочетание звеньев двух или трех различных типов структур. Такие полимеры называют совмещенными полимерами или сополимерами, Свойства сополимеров бывают средними показателями свойств отдельных поли­меров, составляющих данный сополимер. Сильнее выражены свой­ства того полимера, звеньев которого больше в макромолекулах сополимера.

Изделия из пластмасс, приняв при определенной температуре и давлении заданную форму, при обычных условиях представляют собой твердые и упругие тела.

Пластмассы широко применяют в машиностроении благо­даря высоким показателям следующих основных положительных свойств:

1) малая плотность полимерных материалов по сравнению с металлами (1,1—1,8 г/см³) позволяет значительно уменьшить Бес машин при изготовлении их деталей из пластмасс;

2) химическая стойкость: пластмассы не подвержены корро­зии, а многие из них и агрессивным средам;

) электроизоляционные свойства, позволяющие применять пластмассы в качестве диэлектриков, незаменимых в высокочастот­ных устройствах радиосвязи, телевидения и т. д.;

4) абсолютная и удельная механическая прочность и возмож­ность создания анизотропных материалов;

5) антифрикционные свойства: некоторые виды пластмасс, на­пример текстолит, ДСП (древеснослоистые пластики), капрон, капролон, успешно заменяют бронзу и баббит в подшипниковых узлах машин;

6) фрикционные качества: фенопласты с асбестовым напол­нителем, пресскомпозиции на основе каучуков и другие виды специальных пластмасс обладают высоким коэффициентом трения, малым износом; они с успехом заменяют в конструкциях транспорт­ных и прочих машин чугун и дорогие сорта дерева;

7) оптические свойства: некоторые ненаполненные пластиче­ские массы, как полиметилметакрилат (органическое стекло), полистирол и другие, прозрачны и бесцветны, способны пропускать лучи света в широком диапазоне волн, в том числе ультрафиоле­товую часть спектра, значительно превосходя в этом отношении силикатные стекла; эти пластмассы широко применяют в оптической промышленности и машиностроении для изготовления прозрачных деталей — водомерных стекол, арматуры масляных и охлаждаю­щих систем, линз смотровых отверстий и т. д.;

технологичность: трудоемкость изготовления самых сложных деталей из пластмасс незначительна по сравнению с трудоемкостью изготовления деталей из других материалов;

9) наличие неограниченных ресурсов дешевого сырья. Одновременно с указанными достоинствами пластмассы обла­дают следующими недостатками:

1) низкая теплостойкость: основные виды пластмасс могут удовлетворительно работать лишь в сравнительно небольшом интервале температур (от— 60 до + 200° С); пластмассы на основе кремнийорганических полимеров, фурфурольных композиций и фто­ропластов имеют верхний предел температур 300—400° С; 258

2) низкая теплопроводность: теплопроводность пластмасс в 500—600 раз ниже теплопроводности металла, что создает труд­ности при их применении в узлах и деталях машин, где необходим быстрый отвод больших количеств тепла;

3) низкая твердость (НВ6—60);

4) ползучесть: это свойство особенно ярко выражено у термо­пластов;

5) малая жесткость: модуль упругости самых жестких пласт­масс — стеклопластиков на один-два порядка ниже, чем у метал­лов;

6) старение: пластмассы теряют свои свойства под действием температуры, влажности, света, воды, длительного пребывания в атмосферных условиях.

Все это необходимо учитывать при конструировании деталей из пластмасс.

Пластмассы в зависимости от поведения смолы при нагреве делятся на термореактивные (реактопласты) и термопластические (термопласты).

Реактопласты под действием тепла и давления (или инициато­ров— ускорителей отверждения) переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Реактопласты не могут быть вторично переработаны.

Термопласты под действием тепла плавятся и затвердевают при охлаждении. Изделия из термопластов могут неоднократно перерабатываться. Однако повторный нагрев несколько ухудшает физико-механические свойства материала (за счет разложения и загрязнения его).

В зависимости от применяемого наполнителя пластические массы разделяют на композиционные и слоистые. Композицион­ные в свою очередь делятся на порошкообразные и волокнистые.

 

26) Изготовление отливки

Песчано-глинистые формы называют разовыми. Песчано-глинистые формы изготовляют из формовочных смесей в опоках при помощи моделей и другой модель-но-опочной оснастки. [ 1 ]

Литьем впесчано-глинистые формы изготовляют около 80 % общего количества отливок. [ 2 ]

Литье впесчано-глинистые формы не обладает идентичными характеристиками, зато имеет свои преимущества. К ним следует отнести: масса отливки может достигать величины сотен тонн (станины станков), размеров от нескольких миллиметров до десятков метров, может изготовляться любой конфигурации и из любых литейных сплавов. Этим способом изготовляется подавляющая часть отливок в отечественном машиностроении. Если принять среднюю стоимость отливки из серого чугуна за 100 %, то стоимость отливок из других сплавов составляет 130 % из ковкого чугуна, 150 % - из стали, 300 - 600 % - из цветных сплавов. Одной из забот при получении отливок всеми способами является обеспечение необходимого (достаточного) припуска на механическую обработку. В специальных способах литья это гарантированно обеспечивается литейной оснасткой. При литье в песчано-глинистые формы ввиду низкой точности обеспечения размеров этому вопросу приходится уделять больше внимания. [ 3 ]

При литье впесчано-глинистые формы для получения ровной поверхности применяют мелкозернистые формовочные смеси. Большое значение для получения качественных отливок имеет устройство литниковой системы. Для алюминиевых сплавов применяют расширяющиеся литниковые системы, обеспечивающие замедление скорости протекания металла при выходе из питателей и тем самым отделение неметаллических частиц. В шлаковиках нередко устанавливают фильтры из стеклоткани и других материалов. Заливку следует проводить спокойной непрерывной струей без захвата воздуха и вспенивания для предупреждения окисления. [ 4 ]

При литье впесчано-глинистые формы для получения ровной поверхности применяют мелкозернистые формовочные смеси. Большое значение для получения качественных отливок имеет устройство литниковой системы. Для алюминиевых сплавов применяют расширяющиеся литниковые системы, обеспечивающие уменьшение скорости протекания металла при выходе из питателей и тем самым отделение неметаллических частиц. В шлаковиках нередко устанавливают фильтры из стеклоткани и других материалов. Заливку следует проводить спокойной непрерывной струей без захвата воздуха и вспенивания для предупреждения окисления. [ 5 ]

27)

Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы - это способ получения отливок свободной заливкой расплава в формы из термореактивных смесей.

Оболочковые формы отличаются высоким комплексом технологических свойств: достаточной прочностью, газопроницаемостью, податливостью, негигроскопичностью. Технология литья в оболочковые формы особенно хорошо подходит для крупных отливок - например скульптур. Детали, отлитые в оболочковые формы, имеют в 1,5 раза меньший припуск на механическую обработку.

Оболочковые формы изготавливают из формовочных песчано-смоляных смесей с термопластичными или термореактивными связующими смолами. Если смола в смеси находится в порошкообразном состоянии, то такую формовочную смесь называют неплакированной, а если зерна песка покрыты сплошной тонкой пленкой смолы, то смесь будет плакированной. Формовочная смесь содержит наполнитель - мелкозернистый кварцевый песок - 100%: связующее - пульвербакелит (фенолформальдегидная смола с добавками уротропина) - 6 - 7%; увлажнитель (керосин, глицерин) - 0,2 - 0,5%; растворитель (ацетон, этиловый спирт) - до 1,5%.

Размягчение введенной в смесь смолы происходит при 70 - 80 °С, а при 100 - 120 °С она уже плавится, покрывая поверхность зерен песка тонкой клейкой пленкой. Последующий нагрев смолы до 200 - 250 °С вызывает ее необратимое затвердевание и, как следствие, существенное повышение прочности и жесткости оболочковой формы. Оболочковые формы получают с помощью нагретых металлических моделей, изготавливаемых из серого чугуна, стали и алюминиевых сплавов. Каждая форма состоит из двух соединенных (путем склеивания пульвербакелитом и жидким клеем или с помощью скоб, струбцин) оболочковых полуформ. Толщины оболочек для мелких и среднего размера отливок колеблются соответственно в пределах 8 - 10 и 12 - 15 мм.

Технология изготовления оболочек включает в себя следующие операции:

1. Нагрев модельной оснастки до 200 - 250 °С.

2. Нанесение на рабочую поверхность модельной оснастки (пульверизатором) разделительного состава - быстро затвердевающей силиконовой жидкости, образующей при этом разделительную пленку, которая предотвращает прилипание к оснастке формовочной смеси и тем самым упрощает последующее отделение оболочки от модели.

3. Нанесение песчано-смоляной смеси на модельную оснастку одним из следующих способов; путем свободной засыпки поворотного или стационарного бункера, пескодувным методом, путем свободной засыпки с допрессовкой. Указанные способы изготовления оболочковых форм различаются, по существу, лишь приемами нанесения песчано-смоляной смеси на модельную оснастку.

4. Формирование и отверждение оболочки необходимой толщины. Широко применяется насыпной (бункерный) способ формообразования оболочки, основанный на использовании поворотного бункера, для свободной засыпки формовочной смесью модели вместе с модельной плитой (рис. 1.1). Бункер наполняют песчано-смоляной смесью. Нагретая и обработанная разделительным составом модельная плита с моделью закрепляется на приемной рамке поворотного бункера (рис. 1.1, а). Засыпка модели и модельной плиты смесью осуществляется поворотом бункера на 180° (рис. 1.1, б). Для формирования оболочки толщиной 5 - 15 мм плиту выдерживают под смесью в течение 15 - 20 с. При этом смола быстро плавится и затвердевает, образуя полутвердую оболочку. Затем бункер возвращают в исходное положение (рис. 1.1, в). С него снимают модельную плиту с налипшей оболочкой и помещают в печь для доотверждения оболочки (режим окончательного отверждения смолы - 300 - 350 °С, 1 - 3 мин).

5. Съем оболочковой полуформы после ее изготовления с модели осуществляется с помощью толкателей

 

28) Литье по выплавляемым моделям – процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, рабочая полость которых образуется благодаря удалению (вытеканию) легкоплавкого материала модели при ее предварительном нагревании. Технологические операции процесса литья по выплавляемым моделям представлены на рисунке.

Выплавляемые модели изготавливают в пресс-формах 1 (рисунок, позиция а) из модельных составов, включающих парафин, воск, стеарин, жирные кислоты. Состав хорошо заполняет полость пресс-формы, дает четкий отпечаток. После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель 2 (рисунок, позиция б) выталкивается в холодную воду.

Затем модели собираются в модельные блоки 3 (рисунок, позиция в) с общей литниковой системой припаиванием, приклеиванием или механическим креплением. В один блок объединяют 2…100 моделей.

Формы изготавливают многократным погружением модельного блока 3 в специальную жидкую огнеупорную смесь 5, налитую в емкость 4 (рисунок, позиция г) с последующей обсыпкой кварцевым песком. Затем модельные блоки сушат на воздухе или в среде аммиака. Обычно наносят 3…5 слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.

Модели из форм удаляют, погружая в горячую воду или с помощью нагретого пара. После удаления модельного состава тонкостенные литейные формы устанавливаются в опоке, засыпаются кварцевым песком, а затем прокаливают в печи в течение 6…8 часов при температуре 850…950⁰ C для удаления остатков модельного состава, испарения воды

Заливку форм по выплавляемым моделям производят сразу же после прокалки в нагретом состоянии. Заливка может быть свободной, под действием центробежных сил, в вакууме и т.д.

После затвердевания залитого металла и охлаждения отливок форма разрушается, отливки отделяют от литников механическими методами, направляют на химическую очистку, промывают и подвергают термической обработке.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение точных и сложных отливок из различных сплавов массой 0,02…15 кг с толщиной стенки 0,5…5 мм.

Недостатком является сложность и длительность процесса производства отливок, применение специальной дорогостоящей оснастки.

Литьем по выплавляемым моделям изготавливают детали для приборостроительной, авиационной и другой отраслевой промышленности. Используют при литье жаропрочных труднообрабатываемых сплавов (лопатки турбин), коррозионно-стойких сталей, углеродистых сталей в массовом производстве (автомобильная промышленность).

 

29) Обработка металлов давлением — технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей — только обработкой резанием или с использованием предварительного пластического формоизменения, основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;

для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближённо формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.

Сущность обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Холодная штамповка как технология известна достаточно давно. Ещё в конце первого тысячелетия древнерусские мастера стали применять метод холодной штамповки для производства металлической посуды. Саму холодную штамповку отличает достаточно высокое качество получаемых изделий, высокая скорость их изготовления, а также низкая цена на само изделие — разумеется, как уже было отмечено, при массовом их производстве. Холодная штамповка заключается в механическом воздействии штампа в процессе прессования листов металла, итогом которого получаются готовые изделия. Таким образом, сам штамп выступает в роли технологической насадки для прессовального механизма, его можно использовать только для одной операции. Кроме того, операции холодной штамповки легко поддаются автоматизации, в том числе могут проводиться с помощью промышленных роботов, что способно сделать производство методом холодной штамповки ещё более выгодным.

Холодная штамповка технологически подразделяется на два основных вида. Первый — это операции разъединительные, в ходе которых над листом металла проводятся операции рубки, резки, изготовления отверстий различной формы. Второй тип операций — формование, или пластическое воздействие, в ходе которых форма самой заготовки — вытяжка, выдавливание, гибка, формовка, чеканка. Иногда операции двух типов объединяют — например, производят одновременно вытяжку и рубку или гибку и обрезку. В таком случае применяются так называемые комбинированные штампы. Для операций холодной штамповки необходимо использовать металлы и сплавы, которые обладают гибкостью, пластичностью, а также дешевизной.

30)

Прокатка — процесс пластического деформирования тел на прокатном стане между вращающимися приводными валками (часть валков может быть неприводными). Слова "приводными вал