Тема 1.10. Поверхностное упрочнение наклепом

Дробеструйная обработка. Обработка роликами. Влияние поверхностного наклепа на предел выносливости. Применение поверхностного наклепа в машиностроении.

Литература: [6], с.120-134; [10], с.184,116.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Упрочнение пластическим деформированием прогрессивный технологический процесс, приводящий к изменению свойств поверхностных слоев металлического изделия.

При этом способе пластически деформируют только поверхность изделия обкаткой роликами или ударами шариковой дроби. Чаще применяют дробеструйную обработку при которой поверхность изделия подвергается ударам быстро летящих круглых дробинок размером 0,2-1,5 мм, изготовленных из стали или белого чугуна. Обработку выполняют в дробеструйных установках.

Удары дробинок приводят к пластической деформации и наклепу микрообъемов поверхностного слоя. В результате дробеструйной обработки образуется наклепанный слой, глубиной 0,2-0,4 мм. Также на поверхности изделия остаются остаточные напряжения сжатия, которые сильно повышают усталостную прочность изделия.

Дробеструйная обработка упрочняет детали в канавках, на выступах, в местах перехода одного сечения к другому. Особенно благоприятно обработка действует на детали, работающих при знакопеременных нагрузках.

Иногда детали после обработки подвергают обкатке специальными роликами.

Тема 1.11. Легированные стали

Основы рационального легирования и роль легирующих компонентов.

Классификация легированных сталей по структуре в отожженном и нормализованном состоянии, по химическому составу, назначению, качеству. Маркировка по ГОСТ 4543-88, ГОСТ 19282-88, ГОСТ 801-78, ГОСТ 5950-78.

Низколегированная сталь. Применение цементируемых сталей.

Улучшаемые стали, требования к ним, свойства. Высокопрочные стали.

Пружинные стали общего назначения.

Износостойкие конструкционные стали: шарикоподшипниковые стали, высокомарганцовистые стали.

Конструкционные жаростойкие и коррозионно-стойкие стали: виды коррозии. Общая характеристика нержавеющей сталей: хромистые нержавеющие стали, хромоникелевые, высокопрочные нержавеющие стали.

Конструкционные теплоустойчивые и жаропрочные стали. Жаропрочность. Область применения жаропрочных сталей.

Общие сведения о легированных сталях с особыми свойствами.

Металлокерамические материалы: пористая и компактная металлокерамика.

Инструментальные материалы. Требования к инструментальным материалам.

Выбор инструментальной стали: стали для режущего инструмента; стали для измерительного инструмента; стали для инструмента холодного деформирования; стали для штампов горячего деформирования; стали для форм литья под давлением и прессованием.

Особенности термической обработки быстрорежущей стали.

Твердые сплавы: литые, металлокерамические, пластифицированные.

Технология изготовления инструмента методом порошковой металлургии. Общие сведенья. Маркировка твердых сплавов по ГОСТ 3882-74.

Литература: [2], с.62-68; [3], с.168-123

Тема 1.12. Цветные металлы и сплавы

Титан и его сплавы. Конструкционные сплавы титана, их свойства, применение.

Никель, кобальт и их сплавы: жаростойкие никелевые сплавы, жаропрочные никелевые сплавы. Кислотостойкие никелевые сплавы. Кобальт. Жаропрочные сплавы на основе кобальта.

Магний и его сплавы. Литейные сплавы магния. Деформируемые сплавы магния. Защита магниевых сплавов от коррозии.

Алюминий и его сплавы. Деформируемые алюминиевые сплавы. Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов. Механические, технологические свойства. Алюминиевые литейные сплавы. Силумины, их механические и технологические свойства. Защита алюминиевых сплавов от коррозии. Спеченная пудра (САП). Спеченные алюминиевые сплавы (САС). Медь и ее сплавы.

Латуни, их свойства, маркировка, применение. Влияние содержания цинка на свойства ла­туни. Коррозионная стойкость латуней. Медные припои.

Бронзы: оловянные, алюминиевые, марганцовистые, свинцовые и берилиевые. Литейные свойства бронзы. Состав и свойства бронз. Их маркировка и область применения.

Цинк, свинец, олово и их сплавы.

Припои на оловянной и свинцовой основе. Антифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основе. Многослойные подшипники.

Литература: [2], с.82-97; [3], с.124-133

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Материал тем 1.10-1.12 не представляет сложности. С достаточной полнотой он описан в рекомендованной литературе.

Легированные стали по сравнению с углеродистыми отличаются более высокими физико-механическими свойствами. Конструкционная легированная сталь применяется для изготовления ответственных деталей автомобилей и других машин. Применение легированной стали резко улучшает механические свойства изделий, их долговечность, способствует экономии металла, упрощает проектирование.

Вводимые в стали легирующие элементы (хром, никель, марганец, вольфрам, молибден и др.) способствуют изменению механических, физических и химических свойств сталей. Легирующие элементы влияют на аллотропические превращения железа, понижая или повышая критические точки, и соответственно изменяют интервал температур.

Изучая влияние легирующих элементов на свойства сталей, следует учесть, что свойства легированных сталей определяются не только количеством легирующих элементов и содержанием углерода, но и в значительной степени термической обработкой. Применять сырую легированную сталь экономически нецелесообразно. Большинство легирующих элементов способствует прокаливаемости сталей.

При решении вопроса о выборе стали для деталей машин необходимо учитывать, что выплавка и обработка легированных сталей сложнее, чем углеродистых, и стоимость их выше. Поэтому легированные стали следует выбирать только в тех случаях, когда использование более деше­вых углеродистых сталей, нерентабельно. Большое значение имеет использование вместо углероди­стых сталей стали с низким содержанием легирующих элементов (низколегированные стали), имеющие более высокую прочность.

Учащимся необходимо изучить классификацию легированных сталей по химическому составу, микроструктуре и назначению.

Далее следует подробно усвоить правила маркировки легированных сталей, имея в виду, что в основу обозначения легированных сталей по ГОСТ положена буквенно-цифровая система.

Переходя к рассмотрению конструкционных легированных сталей, следует учесть, что такие стали должны иметь высокие, механические свойства, то есть сочетать высокую прочность, хорошую пластичность, ударную вязкость, обладать высоким пределом усталости, высокой прокаливаемостью, иметь хорошие технологические свойства и в то же время должны быть по возможности недефицитными и недорогими.

При выборе конкретной марки стали для изготовления какой-либо детали необходимо учитывать, что выбор марки зависит от конкретных условий работы детали я метода их изготовления.

Зная влияние углерода и отдельных легирующих элементов на свойства металлов, можно правильно подобрать необходимую марку стали. В связи с этим нужно особенно хорошо разобраться в правилах маркировки сталей по ГОСТ и уметь по мерке определись химический состав.

Рекомендуется выписать в тетрадь наиболее распространенные в автомобилестроении легированные стали (используя справочник) с характеристикой их химического состава, свойств и режима термической обработки..

Легированная инструментальная сталь обладает по сравнению с инструментальной углеродистой сталью большой прокаливаемостью, износоустойчивостью. Красностойкости легированных сталей лежит с пределах от 200°С до 650°С и зависит от содержания в стали легирующих элементов.

Наибольшее применение для изготовления режущих инструментов получили быстрорежущие стали.

При изучении этих сталей необходимо знать их химический состав и расшифровку марок сталей. Необходимо обратить внимание на термическую обработку сталей и особенно подробно познакомится с термической обработкой быстрорежущей стали.

Зарисовать в конспекте схему закалки и многократного отпуска быстрорежущих сталей и дать объяснение отдельным циклам термообработки.

Затем следует перейти к изучению марок и свойств легированных сталей для измерительного и штампового инструментов.

Металлокерамической или порошковой металлургией называется метод изготовления изделий из металлических порошков путем их прессования и последующего спекания при температуре ниже температуры плавления исходных материалов, с частичным расплавлением наименее тугоплавкой составляющей смеси. Твердые сплавы получили большое распространена в промышленности, так как они дают возможность вести обработку металлов с высокими скоростями резания (до 2000 м/мин).

Твердые сплавы применяют при изготовлении режущих и штамповых инструментов, волочильных фильер и для наплавочных работ. Учащимся необходимо знать, что по способу производства твердые сплавы разделяются на литые металлокерамические.

Литые сплавы на кобальтовой основе с содержанием вольфрама, хрома и углерода называются стеллитами (В2К, В3К).

Сплавы на железистой основе с содержанием хрома, никеля и углерода называются сормайтами (сормайт №1 и сормайт №2).

Литые сплавы применяют для наплавки деталей и инструментов.

К металлокерамическим (спекаемым) твердым сплавам относятся сплавы, состоящие из порошков карбидов вольфрама или карбидов вольфрама и титана, обладающих высокой твердостью, и порошка кобальта, являющегося связующим материалом.

Наиболее широко применяют металлокерамичоские сплавы на основе вольфрама марок ВК6, ВК8; ВК10, ВК2, ВК20, ВК30 и на основе смеси карбида вольфрама и карбида титана марок Т5К10, Т15К6, Т30К4, Т14К8.

Сплавы группы ВК применяют при обработке резанием чугуна и цветных металлов, а сплавы группы ТК- для обработки сталей.

В настоящее время применяются новые металлокерамические твердые сплавы, которые содержат карбиды тантала. Титано-танталовые сплавы (ТТК) марок ТТ7К12, ТТ7К15 успешно применяются для черновой обработки материалов, когда сплавы ТК и ВК непригодны.

За последнее время освоен промышленный выпуск ряда новых марок твердых сплавов: ВКЗМ, ВК6М, ВК25, Т5К12В.

Сплавы цветных металлов, особенно алюминиевые, в связи с высокими антикоррозионными свойствами, малым удельным весом и рядом других важных физических свойств, не присущих сталям и чугунам, получили высокое распространение в машиностроении, в частности в автотракторостроении, несмотря на их относительно высокую стоимость.

Учитывая сложность строения цветных сплавов, диаграммы состояния при их изучении можно опустить, а рассматривать лишь свойства, назначение, основы термообработки и расшифровку марок по ГОСТ.

В состав медных сплавов могут входить следующие элементы, повышающие механические, антифрикционные свойства, обрабатываемость, а некоторые из них- стойкость против коррозии: цинк - условное обозначение Ц, марганец - Мц, железо - Ж, никель - Н, бериллий - Б, кремний -К, алюминий - А, свинец -С, олово - 0, фосфор - Ф.

Из числа медных сплавов наиболее распространены латуни и бронзы.

В зависимости от своих технологических свойств латуни по ГОСТ разделяются на две группы: обрабатываемые давлением и литейные.

В зависимости от состава бронзы делятся на оловянные и безоловянные (специальные), а по технологическим признакам - на обрабатываемые давлением и литейные. Бронзы характеризуются высокими антифрикционными, механическими и литейными свойствами, стойкостью против коррозии и износа.

Алюминиевые сплавы отличаются небольшим удельным весом, сравнительно высокими механическими свойствами после термической обработки и стойкостью против коррозии, хорошей обрабатываемостью. Алюминиевые сплавы делятся на две группы: деформируемые и литейные. Уделите особое внимание изучению сплавов типа дюралюминия и литейным сплавам типа силумины (сплавы алюминия с кремнием).

Приступая к изучению антифрикционных (подшипниковых) сплавов, следует уяснить основные требования, предъявляемые к ним:

а) достаточная прочность, но невысокая твердость;

б) малый коэффициент трения;

в) пористость для удержания смазки;

г) низкая температура плавления.

Антифрикционные сплавы применяются для изготовления вкладышей подшипников и втулок, являющихся опорами шеек вращающихся валов.

Антифрикционные сплавы состоят из пластической основы, Б которой равномерно рассеяны более твердые частицы. При вращении в подшипниках вал опирается на твердые частицы, а мягкая основа вкладыша на поверхности соприкосновения с валом изнашивается, в результате чего образуется сеть каналов, по которым циркулирует смазка.

К антифрикционным сплавам относятся:

1. Баббиты: оловянные, свинцовые и кальциевые.

2. Антифрикционные бронзы, применяющиеся при больших удельных нагрузках, но не очень больших скоростях.

Бронзы тверже баббитов, поэтому они допускают в подшипниках большие удельные давления, но смазка циркулирует в них хуже, чем в баббитах.

3. Антифрикционные чугуны, применяющиеся в подшипниках, работающих при больших удельных давлениях, но небольших скоростях вращения вала.

4. Антифрикционные алюминиевые сплавы:АМ8, АЖ6, АСС6-5 и др. Сплав АМ8 содержит 8% меди, остальное алюминий, сплав АЖ6 -6% железа, остальное алюминий, сплав АСС6-5 -6% свинца, 5% сурьмы, остальное алюминий.

5. Цинковые подшипниковые сплавы. Наиболее распространены марки НАМ 10-5 и ЦАМ 9-1,5. В них цифры обозначают соответственно содержание алюминия и меди, остальное - цинк.

6. Антифрикционные металлокерамические порошковые сплавы. Эти сплавы получают из порошков черных и цветных металлов путем их прессования в стальных пресс-формах под давлением 1000-6000 кг/см² с последующим спеканием полученного полуфабриката. Изменяя режимы прессования и спекания, получают антифрикционные сплавы различной степени пористости, то есть с большим или меньшим числом пустот. Увеличение пористости повышает способность к впитыванию масла, но понижает механические свойства. Объем пор обычно составляет 10-40%. Поры заполняются смазкой или графитом, а в подшипниках с неметаллическими материалами - бакелитом.

Структура пористых подшипников состоит из спрессованных порошков основных металлов и пор. Такие подшипники имеют в порах запас масла, что уменьшает износ подшипников и вала; они очень хорошо прирабатываются и могут работать как на закаленных, так и незакаленных валах. В практике встречаются следующие металлокерамические антифрикционные материалы: пористое железо, железо-графит, бронзографит, железо-медь, графит, металлокерамический чугун - из чугунной стружки.

В автотракторной промышленности такие подшипники подучили широкое распространение.

Например, направляющая втулка клапана автомашины "Волга" изготовляется из металло-керамического антифрикционного сплава, в состав которого входят 1,5% графита, 3% меди, остальное - железо.

Пользуясь рекомендованной литературой, учащиеся должны выписать наиболее распространенные марки цветных сплавов, применяемых в автотракторостроении, и дать характеристики их химического состава.

Например, дана марка БрОЦС 4-4-2,5. Ответ: бронза, химический состав: олово 4%, цинк -4%, свинец - 2,5%, остальное - медь. Назначение - втулка шатуна автомашин "Волга".

В автостроении наиболее широко используют почти все новейшие метода зашиты металлов от коррозии (эмалирование, окраска кузовов в электростатическом поле, хромирование, никелирование, оксидирование, фосфатирование), а также применяются нержавеющие и освинцованные стали для изготовления бензобаков. Заслуживает внимания метод борьбы с коррозией путем введения веществ, замедлявших этот процесс. Такие вещества называют ингибиторами. Их вводят как в состав защитных покрытий, так и в состав коррозионной среды (например, в воду для охлаждения двигателей внутреннего сгорания вводят небольшое количество бихромата натрия).

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какие стали называются легированными?

2. Как влияют легирующие элементы на механические, физические и химические свойства стали?

3. Как классифицируются легированные стали по химическому составу и по структуре?

4. Как различаются легированные стали по назначению?

5. Изложите принципы маркировки конструкционных легированных сталей по ГОСТу.

6. Какие стали называются низколегированными и в чем их преимущества по сравнению с углеродистыми?

7. Какие легированные конструкционные стали называются цементуемыми и улучшаемыми? В чем заключается их термическая обработка?

8. Какие стали откосят к шарикоподшипниковым? Приведите пример одной марки и расшифруйте ее.

9. Какие стали называются коррозионностойкими, жаростойкими и жаропрочными? Где они применяются?

10. Приведите примеры применения марок легированных инструментальных сталей для изготовления ударно-штампового, измерительного и режущего инструментов.

11. Какая сталь называется быстрорежущей? Как ока маркируется?

12. Как подразделяется твердые сплавы по способу получения?

13. Перечислите вида литых твердых сплавов.

14. Укажите основные свойства и область применения металлокерамических твердых сплавов.

15. Укажите свойства и области применения меди.

16. Какой сплав называется латунью? Как изменяются механические свойства латуней в зависимости от содержания цинка?

17. Как маркируются латуни? Напишите наиболее распространенные марки латуней и ука­жите области их применения.

18. Какой сплав называется бронзой?

19. Приведите примеры применения латуней и бронз в автотракторостроении.

20. Укажите свойства и области применения алюминия. На какие группы подразделяются сплавы алюминия?

21. Какой сплав называется дюралюминием? Укажите его марки и применение.

22. Перечислите группы алюминиевых сплавов, используемых для фасонного литья. Как они маркируется?

23. Какие требования предъявляются к антифрикционным сплавам?

24. Какие сплавы называются баббитами? Укажите марки баббитов, применяемых при ремонте автомобилей.

25. Что называется коррозией металла?

26. В чем сущность химической и электрохимической коррозии?

27. Какие элементы повышают химическую стойкость стали?

28. Укажите сущность химического способа нанесения покрытий. Что такое оксидирование и фосфатирование?

29. Перечислите виды неметаллических покрытий.

30. Приведите примеры защиты деталей от коррозии в автомобилестроении.