- •Материаловедение и технология конструкционных материалов
- •Оглавление
- •Раздел I. Строение и свойства материалов
- •Раздел II. Структура, свойства и термическая обработка железоуглеродистых сплавов
- •Раздел III. Конструкционные и инструментальные материалы
- •Раздел IV. Способы литья в металлургии и в машиностроении
- •Раздел V. Обработка металлов давлением в металлургии и машиностроении
- •Раздел VI. Обработки резанием
- •Раздел VII. Теплофизические основы и технологии сварочного производства
- •Раздел VIII. Изготовление деталей из композиционных материалов, электро-физико-химические и нетрадиционные методы обработки
- •Введение
- •Раздел VIII посвящен получению заготовок методом порошковой металлургии и заготовок из полимерных материалов, а также электро-физико-химическим и нетрадиционным методам обработки.
- •Раздел I. Строение и свойства материалов
- •1. Строение, структура и свойства металлов и сплавов
- •1.1. Агрегатные состояния
- •1.2. Металлы и их кристаллическое строение
- •1.3. Реальное строение металлов и дефекты кристаллических решеток
- •1.4. Строение сплавов
- •1.5. Основные закономерности процесса кристаллизации, превращения в твердом состоянии, полиморфизм
- •1.6. Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм
- •2. Механические, физические и технологические свойства материалов
- •2.1. Свойства материалов
- •2.2. Деформации и напряжения
- •2.3. Испытание материалов на растяжение и ударную вязкость
- •2.4. Определение твердости
- •2.5. Упругая и пластическая деформации, наклеп и рекристаллизация
- •Раздел II. Структура, свойства и термическая обработка железоуглеродистых сплавов
- •3. Диаграмма «железо – углерод (цементит)»
- •3.1. Общий обзор диаграмм состояния
- •5. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения.
- •7. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением.
- •3.2. Компоненты, фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
- •3.3. Изменения структуры сталей при охлаждении
- •3.4. Изменения структуры чугунов при охлаждении
- •3.5. Классификация и свойства углеродистых сталей
- •3.6. Классификация и свойства чугунов
- •4. Термическая и химико-термическая обработка углеродистых сталей
- •4.1. Влияние нагрева и скорости охлаждения углеродистой стали на ее структуру
- •4.2. Отжиг углеродистых сталей
- •4.3. Закалка углеродистых сталей
- •4.4. Отпуск закаленных углеродистых сталей
- •4.5. Химико-термическая обработка сталей
- •Раздел III. Конструкционные и инструментальные материалы
- •5. Конструкционные стаЛи и сплавы
- •5.1. Влияние легирующих элементов на структуру, механические свойства сталей и превращения при термообработке
- •5.2. Маркировка и классификация легированных сталей
- •5.3. Конструкционные стали
- •5.4. Коррозионно-стойкие стали
- •5.5. Жаропрочные стали и сплавы
- •5.6. Жаростойкие стали и сплавы
- •5.7. Инструментальные стали и сплавы для обработки материалов резанием
- •5.8. Инструментальные стали для обработки давлением
- •6. Титановые, медные и алюминиевые сплавы
- •6.1. Титан и его сплавы
- •6.2. Медь и её сплавы
- •6.3. Алюминий и его сплавы
- •7. Неметаллические материалы
- •7.1. Полимеры и пластмассы
- •7.2. Резиновые и клеящие материалы
- •7.3. Стекло, ситаллы, графит
- •7.4. Композиционные материалы
- •Раздел IV. Способы литья в металлургии и машиностроении
- •8. Производство чугуна и стали
- •8.1. Производство чугуна
- •8.2. Сущность процесса выплавки стали
- •8.3. Производство стали в мартеновских печах и конвертерах
- •8.4. Производство и повышение качества сталей и сплавов в электропечах
- •9. Способы литья
- •9.1. Изготовление песчаных литейных форм
- •9.2. Основные операции получения отливок в песчаных формах
- •9.3. Закономерности охлаждения отливок в литейных формах
- •9.4. Литье в оболочковые формы и по выплавляемым моделям
- •9.5. Литье в металлические формы, под давлением, центробежное литье
- •Раздел V. Обработка металлов давлением в металлургии и машиностроении
- •10. Горячая и холодная обработка металлов давлением. Прокатка
- •10.1. Горячая и холодная обработка металлов давлением
- •10.2. Нагрев заготовок перед обработкой давлением
- •10.3. Прокатка: схемы процесса, продукция, оборудование и инструмент
- •10.4. Деформации при прокатке
- •10.5. Мощность и усилия деформирования при прокатке
- •10.6. Теплообмен и температура при горячей прокатке
- •11. Волочение и прессование
- •11.1. Волочение: схема процесса, продукция, оборудование и инструмент
- •11.2. Деформации и напряжения при волочении
- •11.3. Работа, мощность и усилия при волочении
- •11.4. Температура при волочении
- •11.5. Прессование: схемы процесса, продукция, инструмент
- •11.6. Деформации, работа и усилия деформирования при прессовании
- •12. Способы обработки металлов давлением в машиностроении
- •12.1. Общая характеристика операций ковки и горячей объемной штамповки
- •12.2. Оборудование для ковки и штамповки
- •12.3. Деформации, работа и усилия при различных операциях ковки и штамповки
- •12.4. Нагрев и охлаждение штампов при горячей штамповке
- •12.5. Холодная листовая штамповка
- •Тесты для проверки знаний
- •Раздел VI. Обработка резанием
- •13. Характеристики способов обработки резанием, деформации и силы резания
- •13.1. Способы обработки резанием
- •13.2. Металлорежущие станки
- •13.3. Режущие инструменты, действительные углы режущего лезвия
- •13.4. Характеристики режима резания и сечения срезаемого слоя
- •14. Деформации, напряжения, силы и температуры при резании
- •14.1. Схематизация стружкообразования и характеристики деформаций при резании
- •14.2. Силы при точении
- •14.3. Схема и расчет сил при торцовом фрезеровании
- •14.4. Предел текучести и температура деформации при резании
- •14.5. Температура полуплоскости от равномерно распределенного быстродвижущегося источника тепла
- •14.6. Температура передней поверхности режущего лезвия
- •14.7. Температура задней поверхности режущего лезвия
- •15. Износостойкость инструмента и режимы резания, проектирование технологического процесса
- •15.1. Изнашивание и износостойкость режущих инструментов
- •15.2. Обрабатываемость материалов, характеристики обрабатываемости
- •15.3. Назначение режимов резания и параметров инструмента при обработке резанием
- •Тесты для проверки знаний
- •Раздел VII. Теплофизические основы и технологии сварочного производства
- •16. Характеристика способов сварки и схематизация сварочных процессов
- •16.1. Классификация и технологические характеристики различных способов сварки
- •16.2. Основные источники энергии, применяющиеся при сварке
- •16.3. Схематизация процессов распространения тепла при сварке
- •16.4. Тепловой баланс электрической дуговой сварки
- •17. Способы термической сварки
- •17.1. Ручная дуговая сварка
- •17.2. Автоматическая дуговая сварка под флюсом
- •17.3. Сварка в защитных газах
- •17.4. Плазменная сварка и резка
- •17.5. Электрошлаковая сварка
- •17.6. Газовая сварка
- •18. Термомеханические способы сварки
- •18.1. Электрическая контактная стыковая сварка
- •18.2. Электрическая контактная точечная сварка
- •18.3. Электрическая контактная шовная сварка
- •18.4. Конденсаторная сварка
- •18.5. Сварка трением
- •18.6. Ультразвуковая сварка
- •Тесты для проверки знаний
- •Раздел VIII. Изготовление деталей из композиционных материалов, электро-физико-химические и нетрадиционные методы обработки
- •19. Получение деталей методом порошковой металлургии
- •19.1. Технологический процесс получения деталей методом порошковой металлургии
- •Химико-металлургический способ
- •19.2. Получение порошка исходного материала
- •19.3. Формование заготовок
- •19.4. Спекание и доводка заготовок
- •20. Производство изделий из полимерных материалов
- •20.1. Способы формообразования деталей из полимеров в вязкотекучем состоянии
- •20.2. Обработка полимеров в высокоэластичном состоянии
- •20.3. Обработка полимерных материалов в твердом состоянии
- •20.4. Сварка полимерных материалов
- •21. Электро-физико-химические и нетрадиционные методы обработки
- •21.1. Классификация электро-физико-химических методов обработки
- •21.2. Электроэрозионная обработка
- •21.3. Электрохимическая (анодно-химическая) обработка
- •21.4. Ультразвуковая размерная обработка
- •21.5. Лучевая обработка
- •21.6. Комбинированные процессы обработки
- •21.7. Нетрадиционные методы обработки
- •21.8. Методы формирования изделий путем наращивания поверхности
- •21.9. Методы поверхностной модификации свойств изделий
- •Тесты для проверки знаний
- •Библиографический список
18.6. Ультразвуковая сварка
Ультразвуковую сварку можно отнести к разновидностям контактной сварки, осуществляющейся под давлением наконечника 4 ультразвукового инструмента на свариваемые заготовки 5 (рис. 18.19).
Рис. 18.19. Принципиальная схема ультразвуковой сварки: 1 – магнитострикционный преобразователь, 2 – трансформатор продольных упругих колебаний, 3 – рабочий инструмент, 4 – наконечник рабочего инструмента, 5 – свариваемые заготовки, 6 – опора
При ультразвуковой сварке заготовки 5 размещают на опоре 6. На магнитострикционный преобразователь 1 подается напряжение переменного тока с ультразвуковой частотой, которое преобразуется в продольные упругие колебания. Эти колебания усиливаются трансформатором упругих колебаний 2, который вместе с рабочим инструментом 3 представляет собой волновод. Момент M, приложенный в узле колебаний, создает необходимую сжимающую силу Р.
Наложение механических колебаний с ультразвуковой частотой вызывает силы трения и выделение теплоты на свариваемых поверхностях заготовок, сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки, способствует возникновению межатомных связей (адгезии) при меньших давлениях и температурах по сравнению с деформациями при отсутствии колебаний.
Например, при ультразвуковой сварке меди рациональная контактная температура не превышает 600 С, а при сварке алюминия – 300 С. Ультразвуковой сваркой можно сваривать очень тонкие листы и фольгу толщиной до 1 мкм, а также приваривать фольгу и тонкие пластины к заготовкам неограниченной толщины.
Энергия ультразвуковых колебаний должна быть достаточной для нагрева свариваемых заготовок до рациональных температур. Мощность, точечного источника тепла, непрерывно действующего в тонких пластинах, может быть рассчитана из условия равенства температуры заготовок рациональной температуре. Для этого может быть использовано полученное Н. Н. Рыкалиным решение о распределении температуры в пластине толщиной для неподвижного точечного источника (рис. 18.20):
. (18.15)
Рис. 18.20. Установившееся распределение температуры в стальной пластине
= 1 мм, b = 0,0028 1/с, = 8 мм2/с, = 0,04 Вт/(мм·К)
Анализируя графики распределения температуры, выбираем подходящую мощность ультразвукового источника энергии.
Тесты для проверки знаний
1. Сваркой называют:
1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;
2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;
3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;
4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;
5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.
2. Холодной (механической) сваркой называют:
1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;
2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;
3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;
4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;
5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.
3. Термомеханической сваркой называют:
1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;
2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;
3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;
4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;
5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.
4. Контактной сваркой называют:
1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;
2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;
3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;
4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;
5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.
5. Диффузионной сваркой называют:
1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;
2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;
3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;
4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;
5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.
6. На рисунке изображена схема: |
|
1) контактной сварки; 2) точечной сварки; 3) сварки взрывом; 4) диффузионной сварки; 5) холодной сварки.
|
|
7. На рисунке изображена схема: |
|
1) контактной сварки; 2) точечной сварки; 3) сварки взрывом; 4) диффузионной сварки; 5) холодной сварки.
|
8. На рисунке изображена схема: |
|
|||
1) контактной сварки; 2) точечной сварки; 3) сварки взрывом; 4) диффузионной сварки; 5) холодной сварки.
|
||||
9. На рисунке изображено: |
||||
1) распределение температуры в сварном шве; 2) распределение деформации в зоне термического влияния сварного шва; 3) распределение твердости в зоне термического влияния сварного шва; 4) схема образования горячих трещин в зоне сварного шва; 5) схема образования холодных трещин в зоне сварного шва; |
|
|||
10. На рисунке изображена схема: |
|
|
||
1) контактной сварки; 2) точечной сварки; 3) сварки взрывом; 4) диффузионной сварки; 5) холодной сварки.
|
|
11. Предварительный подогрев заготовок применяют:
1) при сварке низкоуглеродистых сталей;
2) при сварке меди и ее сплавов, при сварке чугуна;
3) при сварке углеродистых сталей с содержанием углерода более 0,3 %;
4) при сварке легированных сталей.
12. Какие источники тепловой энергии используются при плазменной сварке?
1) Электрическая сварочная дуга;
2) струя разогретого до высоких температур газа, пропускаемого через электрическую дугу;
3) теплота, образующаяся при прохождении электрического тока через расплавленную шлаковую ванну;
4) теплота, образующаяся при прохождении электрического тока через контакт свариваемых деталей.
13. Кривая 1 на рисунке изображает: |
|
1) статическую вольт-амперную характеристику электрической дуги при ручной дуговой сварке; 2) внешнюю характеристику источника сварочного тока при ручной дуговой сварке; 3) статическую вольт-амперную характеристику электрической дуги при автоматической дуговой сварке под флюсом; 4) внешнюю характеристику источника сварочного тока при автоматической дуговой сварке под флюсом. |
|
|
15. При газовой сварке максимальная температура достигается:
1) в ядре газового пламени;
2) в факеле газового пламени;
3) в средней зоне газового пламени;
4) на краю газового пламени.
16. Максимальная температура газового ацетиленового пламени составляет:
1) около 3500 С;
2) около 3100 С;
3) около 2800 С;
4) около 2500 С;
5) 5000 – 6000 С.
17. При возникновении электрического разряда (при зажигании дуги) с ростом тока наблюдается:
1) стабилизация напряжения между электродами;
2) увеличение напряжения между электродами;
3) уменьшение напряжения между электродами;
4) крутопадающая характеристика.
18. Кривая 1 на рисунке изображает: |
|
1) статическую вольт-амперную характеристику электрической дуги при ручной дуговой сварке; 2) внешнюю характеристику источника сварочного тока при ручной дуговой сварке; 3) статическую вольт-амперную характеристику электрической дуги при автоматической дуговой сварке под флюсом; 4) внешнюю характеристику источника сварочного тока при автоматической дуговой сварке под флюсом. |
19. Режиму короткого замыкания на рисунке соответствует: |
|
1) точка А; 2) точка В; 3) точка С; 4) точка Д.
|
20. Режиму холостого хода на рисунке соответствует: |
|
1) точка А; 2) точка В; 3) точка С; 4) точка Д.
|
21. Зажиганию дуги на рисунке соответствует: |
|
1) точка А; 2) точка В; 3) точка С; 4) точка Д.
|
22. На рисунке изображена: |
|
1) схема сварочного генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения; 2) схема трехфазного выпрямителя; 3) схема сварочного трансформатора с последовательно включенным дросселем; 4) электрическая схема контактной машины. |
23. На рисунке изображена: |
|
1) схема сварочного генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения; 2) схема трехфазного выпрямителя; 3) схема сварочного трансформатора с последовательно включенным дросселем; 4) электрическая схема контактной машины. |
24. Разновидность контактной сварки, позволяющая получать прочное и плотное соединение листовых заготовок в виде сплошного герметичного шва, – это:
1) контактная стыковая сварка;
2) контактная стыковая сварка оплавлением;
3) контактная стыковая сварка сопротивлением;
4) контактная точечная сварка;
5) шовная сварка.
25. На рисунке изображена: |
|
||
1) схема сварочного генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения; 2) схема трехфазного выпрямителя; 3) схема сварочного трансформатора с последовательно включенным дросселем; 4) электрическая схема контактной машины. |
|||
26. На рисунке изображена: |
|
|
|
1) схема сварочного генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения; 2) схема трехфазного выпрямителя; 3) схема сварочного трансформатора с последовательно включенным дросселем; 4) электрическая схема контактной машины. |
|
||
27. На рисунке изображена схема: |
|
|
|
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги; 2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности; 3) автоматической дуговой сварки; 4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей; 5) электрошлаковой сварки. |
|
28. Разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках, – это:
1) контактная стыковая сварка;
2) контактная стыковая сварка оплавлением;
3) контактная стыковая сварка сопротивлением;
4) контактная точечная сварка;
5) шовная сварка.
29. На рисунке изображена схема: |
|
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги; 2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности; 3) автоматической дуговой сварки; 4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей; 5) электрошлаковой сварки. |
30. На рисунке изображена схема: |
|
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги; 2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности; 3) автоматической дуговой сварки; 4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей; 5) электрошлаковой сварки. |
31. На рисунке изображена схема:
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги;
2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности;
3) автоматической дуговой сварки;
4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей;
5) электрошлаковой сварки.
32. На рисунке
изображена схема:
1) получения
плазменной струи, выделенной из дуги;
2) сварки в защитных
газах неплавящимся электродом при
прямой полярности;
3) автоматической
дуговой сварки;
4) получения
плазменной струи, совмещенной с
плазменной струей;