Описать технологию получения, виды и область применения электроугольных материалов

1. Описать технологию получения, виды и область применения электроугольных материалов.

Из числа твердых неметаллических проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода (электро­технические угольные изделия, сокращенно электроугольные изделия). К электроугольным изделиям, применяемым в электро­технике и технике связи, относятся: электрические щётки для коллекторов электромашин, электроугли, применяемые в лампах и электропечах, электроды - в гальванических элементах, угольные мембраны, угольные порошки используют в микрофонах для создания сопротивле­ния, изменяющегося от звукового давления. Из угля делают высокоомные рези­сторы, разрядники для телефонных сетей; угольные изделия применяют в электро­вакуумной технике.

В качестве сырья для производства электроугольных изделий можно исполь­зовать сажу, графит или антрацит. Для получения стержневых электродов из­мельченная масса со связующим, в качестве которого используется каменноугольная смола, а иногда и жидкое стекло, продавливается сквозь мундштук. Изделия бо­лее сложной формы изготовляют в соответствующих пресс-формах. Угольные за­готовки проходят процесс обжига. Режим обжига определяет форму, в которой углерод будет находиться в изделии. При высоких температурах достигается искус­ственный перевод углерода в форму графита, вследствие чего такой процесс носит название графитирования.

Производство электрощёток включает в себя обжиг обычных щеток для электрических машин ведут при температуре около 800 °С; графитированные щетки нагревают при обжиге до 2200 °С. Щетки служат для образования скользящего контакта между неподвижной и вращающейся частями электрической машины, т. е. для подвода (или отвода) тока к коллектору или контактным кольцам и, кроме того, осуществляют коммутацию переменной э. д.с., индуктированной в об­мотке якоря.

Щетки применяют на коллекторах электромашин по­стоянного и переменного тока, в тяговых электродвигателях с добавочными полюсами, в крановых двигателях, дви­гателях для подъемников, прокатных станов, компрессоров в шахтных и рудничных моторах, на одноякорных преобра­зователях, а также на многих других генераторах и дви­гателях постоянного и переменного тока асинхронных и синхронных.

Угольные электроды термического назначения служат:

1)в качестве нагревательных элементов электрических печей, где они выполняют роль резисторов;

2)в качестве проводника электроэнергии к нагрева­тельному элементу, состоящему из угольной крупки в печах сопротивлений.

Электроды применяют в производстве ферросплавов, электростали, карбида кальция, абразивных материалов для шлифования, электролизе алюминия, электросварке.

Угольные электроды, работа которых будет протекать при высоких температурах, обжигаются также при очень высокой температуре, вплоть до 3000 °С. Угольные электроды, как и другие угольные изделия, имеют отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления.

Для освещения в качестве элект­родов вольтовой дуги употребляют специальные сорта углей. Различают угли для постоянного и переменного токов. Положительный электрод для постоянного тока обычно применяют с фитилем, диаметр его больше диаметра от­рицательного угля в 1,5-2 раза потому, что накаливается он сильнее. В случае одинаковых диаметров он сгорел бы скорее.

Осветительные угли подразделяются на: прожекторные, кинопроекционные, для постоянного тока, переменного тока, киносъемочные и различных марок. Угли изготов­ляются в виде стержней диаметром от 5 до 30 мм, длиной от 120 до 450 мм.

Угли для гальванических элементов применяют в качестве положительного полюса гальванических эле­ментов в виде пластин в цилиндре различных размеров.

2. Нарисовать диаграмму состояния сплавов железа с углеродом, пояснить практическое значение и провести сравнение свойств сплавов с содержанием углерода 0,4% и 2,5%

Диаграмма состояния железо-цементит имеет большое практическое значение. Ее применяют для определения тепловых режимов термической обработки и горячей обработки давлением (ковка, горячая штамповка, прокатка) железоуглеродистых сплавов. Ее используют также в литейном производстве для определения температуры плавления, чтo необходимо для назначения режима заливки жидкого железоуглеродистого сплава в литейные формы.

Основными компонентами, от которых зависит структура и свойства железоуглеродистых сплавов, являются железо и углерод. Чистое железо - металл серебристо-белого цвета; температура плавления 1539°С. Железо имеет две полиморфные модификации: α и γ. Модификация α существует при температурах ниже 911°С и выше 1392°С; γ-железо - при °С.
В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие структурные составляющие.
1. Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Растворимость углерода в α-железе при комнатной температуре до 0,005%; наибольшая растворимость - 0,02% при 727°С. Феррит имеет незначительную твердость (НВ 80-100) и прочность (σв=250 МПа), но высокую пластичность (δ=50%; φ=80%).
2. Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Предельная растворимость углерода в γ-железе 2,14% при температуре 1147°С и 0,8% - при 727°С. Эта температура является нижней границей устойчивого существования аустенита в железоуглеродистых сплавах. Аустенит имеет твердость НВ 160-200 и весьма пластичен (δ=40-50%).
3. Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C). В цементите содержится 6,67% углерода. Температура плавления цементита около 1600°С. Он очень тверд (НВ~800), хрупок и практически не обладает пластичностью. Цементит неустойчив и в определенных условиях распадается, выделяя свободный углерод в виде графита по реакции Fe3C→3Fe+C.
4. Графит - это свободный углерод, мягок (НВ 3) и обладает низкой прочностью. В чугунах и графитизированной стали содержится в виде включений различных форм (пластинчатой, шаровидной и др.). С изменением формы графитовых включений меняются механические и технологические свойства сплава.
5. Перлит (П) - механическая смесь (эвтектоид, т. е. подобный эвтектике, но образующийся из твердой фазы) феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит может быть пластинчатым и зернистым (глобулярным), что зависит от формы цементита (пластинки или зерна) и определяет механические свойства перлита. При комнатной температуре зернистый перлит имеет предел прочности σв=800 МПа; относительное удлинение δ=15%; твердость НВ 160. Перлит образуется следующим образом. Пластинка (глобуль) цементита начинает расти или от границы зерна аустенита, или центром кристаллизации является неметаллическое включение. При этом соседние области обедняются углеродом и в них образуется феррит. Этот процесс приводит к образованию зерна перлита, состоящего из параллельных пластинок или глобулей цементита и феррита. Чем грубее и крупнее выделения цементита, тем хуже механические свойствперлита.
6. Ледебурит (Л) - механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода. Ледебурит образуется при затвердевании жидкого расплава при 1147°С. Ледебурит имеет твердость НВ 600-700 и большую хрупкость. Поскольку при температуре 727°С аустенит превращается в перлит, то это превращение охватывает и аустенит, входящий в состав ледебурита. Вследствие этого при температуре ниже 727°С ледебурит представляет собой уже не смесь аустенита с цементом, а смесь перлита с цементитом.

Сплав с содержанием углерода 0,4% называется доэвтектоидной сталью. Структура доэвтектоидной стали при комнатной температуре после медленного охлаждения состоит из Феррита и Перлита (эвтектоидной смеси Феррита и Цементита). Данный сплав имеет высокую пластичность и относительно низкую прочность (после отжига).

Сплав с содержанием углерода 2,5% называется доэвтектическим чугуном. Структура данного сплава при комнатной температуре после медленного охлаждения состоит из Перлита, Цементита вторичного и превращенного Ледебурита. Данный сплав имеет высокую прочность и относительно низкую пластичность.

3. Сущность диффузионной металлизации сталей. Методы диффузионной металлизации и цели.

Диффузионной металлизацией называется процесс насыщения поверхности стальных деталей алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами для повышения коррозионной стойкости, жаростойкости, твердости и износостойкости. При насыщении алюминием процесс называется алитированием, при насыщении хромом - хромированием, при насыщении кремнием - силицированием, при насыщении бором - борированием. Диффузионная металлизация проводится в твердых, жидких и газообразных средах при температурах °С и требует длительного времени (до 25 ч). Высокая температура необходима для увеличения скорости диффузии насыщающих металлов.

Различают следующие методы металлизации:

·  При диффузионной металлизации в твердой среде металлизатором является сплав железа с алюминием, хромом, кремнием, бором и т. п. (ферросплавы) с добавлением хлористого аммония. Хлористый аммоний при нагреве диссоциирует с выделением хлористого водорода, который, взаимодействуя с насыщающим металлом, образует летучее соединение хлора с металлом. Хлориды металлов при контакте с железом диссоциируют с образованием атомарного насыщающего металла, который диффундирует вглубь, образуя с железом твердые растворы замещения.

Процесс химико­- термической обработки	Состав смеси, %
Алитирование	49-49,5 Al; 49-49,5 Аl203; 1-2 NH4Cl 99,5 FeAl; 0,5 NH4C1
Хромирование	50 FeCr; 43 AI2О3; 7 NH4CI 60 FeCr; 38,8 каолин; 1,2 NH4CI
Силицирование	40 Si; 59 AI203; 1 NH4CI 75 FeSi; 20 шамот; 5 NH4C1

·  Жидкая диффузионная металлизация производится погружением детали в расплавленный металл (например, в алюминий) или соляные ванны с добавлением в них ферросплавов.

·  Газовая диффузионная металлизация проводится в газовых средах, содержащих хлориды различных металлов. Хлориды металла при нагреве взаимодействуют с железом, образуя атомарные насыщающие металлы. При диффузионной металлизации алюминием детали приобретают высокую окалиностойкость; при металлизации хромом - коррозионную устойчивость, кислотоупорность и поверхностную твердость; при металлизации кремнием - кислотоупорность; при металлизации бором - высокую твердость, износоустойчивость и кислотоупорность.

Алитированию, хромированию и силицированию подвергают сплавы на железной, никелевой и других основах. Эти диффузионные покрытия способны защищать детали от окисления при высоких температурах, так как на их поверхности в окислительной среде образуются плотные пленки из AI2O3, Сr2О3 и SiO2, препятствующие диффузии кислорода. Хромирование среднеуглеродистых сталей (0,3 - 0,4 % С) приводит к повышению их поверхностной твердости и износостойкости, так как на поверхности образуется тонкий слой (0,,030 мм) карбида (Сr, Fe)7C3 или (Cr, Fe)23C6 с твердостью 1HV. Несмотря на низкую твер­дость (HV), силицированный слой хорошо сопротивляется износу.

Поверхность диффузионно-металлизированной детали обладает высокой жаростойкостью, поэтому жаростойкие изделия изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим  алитирова-нием, хромированием силицированием. Исключительно высокой твёрдостью (до HV 2000) обладают и высоким сопротивлением абразивному износу обладают борированные слои, вследствие образования на поверхности высокотвёрдых боридов железа - FeB и Fe2B.

Диффузионными покрытиями можно значительно повысить коррози­онную стойкость углеродистых сталей в разбавленных водных растворах неорганических кислот. Наибольшей стойкостью к действию 10 %-й HNO3 обладают хромотитанированные и хромоалитированные стали, несколько уступают им хромированные и хромотитаноалитированные стали. Бори - рованные стали хорошо сопротивляются действию 10 %-й H2SO4 и 30 %-й НС1. Борированные и особенно хромосилицированные стали обладают высокой коррозионной стойкостью в 40 %-й Н3РО4. Хромированные ста­ли устойчивы к коррозии в 3 %-м водном растворе NaCl (морской воде), лучшие результаты получены после цирконоалитирования и титаноалитирования сталей. Хромированные высокоуглеродистые стали облада­ют хорошей коррозионной стойкостью к действию даже 50 %-й уксусной кислоты СН3СООН.

4. Расшифровать марки материалов и описать их область применения: 40Г; Р9М3; Бр. О-6; СЧ35; 5ХЗВЗМФС.

40Г– Сталь конструкционная легированная (марганоцовистая).

В марке стали цифра перед буквами указівает на содержание углерода в сотых долях процента (сталь содержит ≈0,40% углерода). Буква «Г» указывает на легирование стали марганцем. Цифра после буквы указывает на содержание легирующего элемента в %. Отсутствие цифры после буквы указывает на содержание легирующего элемента ≈1% (сталь содержит ≈1% марганца).

Применение: Оси, коленчатые валы, шестерни, штоки, бандажи, детали арматуры, шатуны, звездочки, распределительные валики, головки плунжеров и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности.

Р9М3 – быстрорежущая инструментальная сталь.

Буква «Р» в марке стали указывает принадлежность к быстрорежущим сталям. Цифра после буквы «Р» указывает на содержание воль в процентах (сталь содержит 9% вольфрама). Буква «М» указывает на легирование молибденом. Цифра после буквы указывает на содержание легирующего элемента в процентах (сталь содержит 3% молибдена).

Применение: резцы, сверла, фрезы, резьбовые фрезы, долбяки, развертки, зенкеры, метчики, протяжки для обработки конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до 600 °С.

БрО-6 – бронза оловянная, обрабатываемая давлением.

 В маркировке буквы «Бр» обозначают—бронза, затем следуют буквы, указывающие названия входящих элементов, а затем цифры. процентного содержания этих элементов. Буква «О» указывает на легирование оловом. Содержание олова 6%.

Применение: детали приборов, пружины.

СЧ35 – чугун серый.

 В маркировке буквы «СЧ» обозначают серый чугун. Цифры после букв указывают на прочность в МПа *10-1. Чугун имеет прочность 350 МПа.

Применение: для изготовления различных отливок особо ответственного назначения - блоков и головок цилиндров, гильз, маховиков в транспортном машиностроении; тяжелонагруженных деталей работающих при сжатии (башмаков, колонн) в строительстве; тяжелонагруженных станин прессов, гидроцилиндров в станкостроении; наиболее ответственных деталей с самыми высокими требованиями в дизелестроении; тяжелонагруженных деталей со значительными колебаниями сечений в химическом машиностроении; наиболее ответственных деталей, работающих на износ в сельскохозяйственном машиностроении; отливок деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней; частей литых соединительных для трубопроводов.

5ХЗВЗМФС – сталь инструментальная штамповая.

В маркировке инструментальных сталей цифра перед буквами указывает на содержание углерода в десятых долях процента (сталь содержит 0,5% углерода). Буква «Х» указывает на легирование стали хромом. Цифра после буквы указывает на содержание легирующего элемента в % (сталь содержит 3% хрома). Буква «В» указывает на легирование стали вольфрамом. Цифра после буквы указывает на содержание легирующего элемента в % (сталь содержит 3% вольфрама). Буквы «М», «Ф» и «С» указывают на легирование молибденом, ванадием и кремнием соответственно. Отсутствие цифры после букв указывает на содержание каждого легирующего элемента до 1% .

5. Описать магнитные характеристики и область применения трех, четырех наиболее часто применяемых магнитодвердых материалов.

К пластически деформируемым магнитотвердым сплавам относятся сплавы систем: Fe-Со-Mo (72%Fe, 12%Со, 16%Mo-комол); Fe-Со-V (37%Fe, 52%Со, 11%V-викаллои); Fe-Ni-Cu - (20%Fe, 20%Ni, 60%Cu-кунифе); Co-Ni-Cu - (45%Co, 25%Ni, 30%Cu-кунико).

Эти сплавы более пластичны и значительно легче поддаются механической обработке. Благодаря мелкодисперсной структуре, магнитные свойства этих сталей лучше, чем у легированных мартенситных сталей. Дисперсионно-твердеющие сплавы типа Fe-Со-Mo (комолы) приобретают высококоэрцитивное состояние (магнитную твердость) в результате отпуска после закалки, при котором происходит распад твердого раствора и выделяется фаза, богатая молибденом. Сплавы типа Fe - Со-V (викаллои) для придания им свойств магнитотвердых материалов подвергают холодной пластической деформации с большим обжатием и последующему отпуску. Высококоэрцитивное состояние сплавов типа Pt-Со возникает за счет появления упорядоченной тетрагональной фазы. К этой группе материалов относятся сплавы систем Fe-Ni-Cu и Co-Ni-Cu. Магнитные свойства этих сплавов высокие: Hc (12¸55) кА/м, Wmax (3¸19) кДж/м3. Магнитотвердые ферриты применяются для работы в условиях рассеянных магнитных полей и в СВЧ-диапазоне. Основной недостаток этих сплавов — высокая стоимость.

Сплавы на основе пластичных металлов (Fe, Co, Cu), их марки и магнитные свойства приведены в таблице 1. Сплавы подвергают об­работке давлением, что позволяет использовать их как магниты в виде тонких лент и проволоки. У деформируемого сплава ниже твердость и лучше обрабатываемость, чем у литого. Повышенная пластичность при высоких температурах позволяет применить горячую вырубку и штамповку заготовок магнитов.

Таблица 1- Магнитные свойства деформируемых сплавов для изготовления магнитов

Сплав	Химический состав, %	Магнитная анизотропия	Wmax, кДж/м3	Нс, кА/м	Br, Тл
Хромко (30ХК25)	45Fe; 30Cr; 25Со	Нет	7,7	56	0,8
Викаллой(52К13)	52Со; 35Fe; 13V	Есть	8,8	0,6	0,6
Кунико	50Cu; 21Ni; 29Co	Нет	6,5	0,53	0,53
Кунифе	60Cu; 20Ni; 20Fe	Есть	6,7	0,55	0,55
Платинакс(ПлК78)	78Pt; 22Co	Есть	40	0,80	0,80

Хорошие магнитные свойства получают после закалки и старения, что объясняется образованием мелкодисперсных фер­ромагнитных фаз в немагнитной основной фазе. В процессе пластической деформации в хромко, кунифе и викаллое возможно формирование кри­сталлографической текстуры, что дополнительно улучшает магнитные свойства. Сплав кобальта с платиной характеризуется высоким значени­ем Нс, его магнитная мощность Wmax близка по значению к Wmax литых сплавов Fe-Ni-AI Единственный недостаток сплава — присутствие драгоценного металла, что ограничивает его применение.

6. Описать физические свойства, маркировку области применения сплавов цветных металлов на основе меди и алюминия.

Медные сплавы. Основными сплавами на основе меди являются латуни и бронзы. Латуни – это сплав на основе меди и цинка. Изделия из латуни можно получать литьем или обработкой давлением, и способ производства изделия учитывается при маркировке соответствующего сплава.

Латуни делят на:

двухкомпонентные латуни (простые), состоящие только из меди, цинка и незначительного количества примесей, многокомпонентные латуни (специальные), кроме меди и цинка содержащие дополнительные легирующие элементы.

Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка имеет золотистый цвет и ее называют томпаком (используется в ювелирном деле), с содержанием 20 –36% Zn называют желтой латунью. На практике редко используют латуни, в которых концентрация цинка превышает 45%. Обычно в простых по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди: Л96 – латунь, содержащая 96% Cu и ~4% Zn (томпак); Л63 – латунь, содержащая 63% Cu и 37% Zn.

Основными легирующими элементами в многокомпонентных латунях являются: алюминий (А), железо (Ж), марганец (Мц), мышьяк (Мш), олово (О), свинец (С), кремний (К), никель (Н), фосфор (Ф), цинк (Ц) (в скобках указаны условные обозначения элементов в марке). Деформируемые латуни маркируют следующим образом: первой ставится буква «Л», затем ряд букв, указывающих, какие легирующие элементы, кроме цинка, входят в эту латунь; далее через дефисы указаны цифры, первая из которых характеризует среднее содержание меди в процентах, а последующие – каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки. Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: сначала идет тот элемент, которого больше, а далее – по нисходящей. Содержание цинка определяется по разности от 100%. Например: марка ЛАЖМц расшифровывается так: деформируемая латунь, в которой содержится 66 % Cu, 6 % Al, 3 % Fe и 2 % Mn. Цинка в ней 100 – (66+6+3+2)=23 %. Латунь ЛС59 содержит 59 % Cu, 40 % Zn, и около 1 % Pb (число «1» в марке часто не указывают). ЛОМш70—1—0,05 содержит 70 % Cu, 1 % Sn, 0,05 % As.

Термин «бронзы» включает в себя большую группу сплавов на медной основе. Исторически, первые бронзы представляли собой сплав меди и олова, бронзы на основе такого сплава называют оловянными. Безоловянная бронза кроме меди может содержать алюминий, кремний, бериллий, цинк и ряд других элементов.

Маркировка всех бронз начинается с букв «Бр», затем проставляют условные обозначения легирующих элементов и числа, показывающие их усредненные содержания. Для оловянных бронз маркировка начинается с букв «БрО». Содержание меди определяется как 100 – сумма (содержание легирующих элементов, %). Условные обозначения элементов в бронзах такие же, как и в латунях (см. выше).

Для деформируемых литейных бронз числа, показывающие среднее содержание легирующих элементов, указывают через дефис в конце маркировки. Для литейных бронз содержание элементов указывают после буквенного символа элемента.

Например, БрОФ6,5-0,4 – деформируемая оловянная бронза, содержащая 6,5 % олова и 0,4 % фосфора. БрО4Ц4С17 – литейная бронза, содержащая 4 % олова, 4 % цинка, 17 % свинца.

БрАЖ9-4 – безоловянная деформируемая бронза, содержащая 9 % алюминия и 4 % железа. БрА10Ж3Мц2 – литейная бронза, содержащая 10 % алюминия, 3 % железа и 2 % марганца.

Сплавы, содержащие в своём составе медь, обладают высокими антикоррозийными свойствами, хорошо сопротивляются износу и имеют высокие технические и механические характеристики. Маркировка бронзы представляет собой определенную последовательность, начинающуюся с буквосочетания «Бр», после которого указываются легирующие элементы. Легирующие элементы перечисляются, начиная с элемента, который находится в максимальном процентном содержании относительно остальных. Высокотехнологичные латуни применяют для получения изделий, требующих глубокой вытяжки : гильзы, патроны, стаканы снарядов. Из этих латуней изготавливают радиаторные и конденсаторные трубки, сильфоны, гибкие шланги, трубы, ленты. Латуни, имеющие красивый золотистый блеск, хорошо воспринимающие эмалировку и золочение, используют для изготовления знаков отличия , фурнитуры и художественных изделий. Многокомпонентные, или специальные , латуни, обладающие достаточно высокой прочностью и коррозионной стойкостью, применяют в судостроении, электромашиностроении, теплотехнике. Из латуней, легированных свинцом, изготавливают детали, работающие в условиях трения. Их используют в часовом производстве , автотракторной промышленности, типографском деле.

Об областях применения оловянных бронз свидетельствуют сами названия : пушечная бронза ( Сu + 10 % Sn + 2 % Zn), колокольная бронза (~22 % Sn). Бронзы этого типа до сих пор применяют в машиностроении. С древних времен и до настоящего времени из оловянных бронз отливают художественные изделия (статуи, барельефы, кронштейны, люстры и т. п.). Оловянные бронзы с фосфором из-за высоких антифрикционных свойств и хорошей коррозионной стойкости применяют также в машино-строении для изготовления подпятников тяжелых кранов и разводных мос-тов, прокладок подшипников и втулок, гаек ходовых винтов, шестерен, червячных колес и других деталей, работающих на трение. Некоторые бронзы, в частности, легированные фосфором, с высокими упругими свойствами применяют для изготовления круглых и плоских пружин. Алюминиевые бронзы используют, прежде всего, как заменители оловянных. Они распространены в морском судостроении, общем машиностроении, авто - и авиастроении. Из высокопрочных алюминиевых бронз изготавливают ответственные детали : шестерни, втулки, седла клапанов, гайк нажимных винтов, подшипники, пружины и пружинящие детали, детали электрооборудования. Бериллиевую бронзу используют для наиболее ответственных назначений : плоские пружины, мембраны, детали точного приборостроения, пружинящие элементы электронных приборов и устройств, электроды сварочных машин.

Алюминиевые сплавы. Наиболее распространенный литейный алюминиевый сплав называют силумином. Это сплавы системы алюминий–кремний с небольшим количеством других элементов (марганца, цинка) и их выделяют в отдельную группу как обладающие наиболее высокими литейными свойствами. Такие сплавы маркируют буквами «АЛ» от слов «алюминиевый литейный» и числом, показывающим порядковый номер сплава от АЛ2 до АЛ12. Свойства сплава зависят от состава и способа получения отливки, условно можно считать, что с увеличением номера растет комплекс показателей свойств сплава (прочность и пластичность).

В общем случае литейные сплавы на основе алюминия маркируют двумя буквами. Вторая буква указывает элемент, на базе которого получен сплав. Например, «АК» – система алюминий – кремний, «АМ» – алюминий – медь, «АМг» – алюминий – магний и т. д. Затем идет число, указывающее содержание элемента. Если сплав легированный, указывают буквенные обозначения элементов и их содержание.

Например, АК12М2 – сплав системы алюминий–кремний, с содержанием кремния 12 % (в среднем) и меди 2 %. АМг4К – система алюминий–магний с содержанием 4 % магния и 1 % кремния. В конце марки может стоять буква, характеризующая особенности данного сплава: «ч» – чистый; «пч» – повышенной чистоты; «оч» – особой чистоты; «л» – литейные сплавы; «с» – селективный.

Алюминиевые сплавы являются основными конструкционными ма-териалами в авиации. Их применяют для изготовления силовых элементов самолета : обшивки, шпангоутов, лонжеронов, нервюр, а также топливных и масляных баков. Они широко используют в конструкциях ракет и искусственных спутников Земли. Алюминиевые сплавы, все более широко применяемые в судостроении , имеют существенное преимущество перед сталями (алюминиевые корпуса не обрастают ракушками, что резко ухудшает обтекаемость корабля и снижает скорость его движения). Поэтому, хотя первоначальная стоимость алюминиевого корпуса дороже стального, в эксплуатации он дешевле и первоначальные избыточные затраты быстро окупаются.

В последнее время алюминиевые сплавы все больше используют в строительстве и транспортном машиностроении. Их применяют для изготовления дисков колес легковых и грузовых автомобилей, в автомобилестроении используются также прессованные профили. Алюминий и некоторые его сплавы обладают свойством не терять пластичности при криогенных температурах, поэтому из них изготавливают резервуары для хранения криогенных жидкостей, например, жидкого метана ( температура –161 оС). Алюминий и его сплавы применяют в промышленных и бытовых холодильниках.

7. Ожиг сплавов, практическое применение ожига.

Отжиг представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве стали, выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью или в песке со скоростью 2-3°С в минуту. В результате отжига образуется устойчивая структура, свободная от остаточных напряжений.

Отжиг является одной из важнейших массовых операций термической обработки стали.

Цель отжига:

1) снижение твердости и повышение пластичности для облегчения обработки металлов резанием;

2) уменьшение внутреннего напряжения, возникающего после обработки давлением (ковка, штамповка), механической обработки и т. д.;

3) снятие хрупкости и повышение сопротивляемости ударной вязкости;

4) устранение структурной неоднородности состава материала, возникающей при затвердевании отливки в результате ликвации

5) изменение свойств наклепанного металла.

8. Расшифровать марки материалов и описать их область применения: Сталь 60Г; 40ХН2МА;ЛМцА57-3-1; ВЧ100; Р9

60Г – Сталь конструкционная рессорно-пружинная

В марке стали цифра перед буквами указывает на содержание углерода в сотых долях процента (сталь содержит ≈0,60% углерода). Буква «Г» указывает на легирование стали марганцем. Цифра после буквы указывает на содержание легирующего элемента в %. Отсутствие цифры после буквы указывает на содержание легирующего элемента ≈1% (сталь содержит ≈1% марганца).

Применение: плоские и круглые пружины, рессоры, пружинные кольца и другие детали пружинного типа, от которых требуются высокие упругие свойства и износостойкость; бандажи, тормозные барабаны и ленты, скобы, втулки и другие детали общего и тяжелого машиностроения.

40ХН2МА– сталь конструкционная легированная (хромоникельмолибденовая)

В марке стали цифра перед буквами указывает на содержание углерода в сотых долях процента (сталь содержит ≈0,40% углерода). Буква «Х» указывает на легирование стали хромом. Цифра после буквы указывает на содержание легирующего элемента в % (сталь содержит 1% хрома). Буква «Н» указывает на легирование стали никелем. Цифра после буквы указывает на содержание легирующего элемента в % (сталь содержит 2% никеля). Буква «М» указывает на легирование стали молибденом. Цифра после буквы указывает на содержа-ние легирующего элемента в % (сталь содержит 1% молибдена). Буква «А» в конце марки стали указывает на то, что сталь высококачественная (содержит уменьшенное количество вредных примесей – серы и фосфора).

Применение: Коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и другие тяжелонагруженные детали. Валки для холодной прокатки металлов.

ЛМцА57-3-1 – Латунь, обрабатываемая давлением

Буква «Л» в марке сплава обозначает латунь. Буквы «Мц» обозначают легирование марганцем. Буква «А» обозначает легирование алюминием. Цифры после букв указывают на содержание легирующих элементов (57% меди, 3% марганца, 1% алюминия и =39% цинка)

Применение: для изделий средней прочности, высокой вязкости, коррозионной стойкости

ВЧ100 –чугун с шаровидным графитом (высокопрочный чугун).

Буквы «ВЧ» обозначают высокопрочный чугун. Цифра после букв указывает на прочность чугуна в МПа*10-1 (прочность чугуна 1000 МПа)

Применение: для изделий с высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью

Р9 – Буква «Р» в марке стали указывает принадлежность к быстрорежущим сталям. Цифра после буквы «Р» указывает на содержание воль в процентах (сталь содержит 9% вольфрама).

Применение: для изготовления инструментов простой формы, не требующих большого объема шлифовки, для обработки обычных конструкционных материалов.