- •Лекция 1 Введение. Кристаллическое строение металлов и сплавов. Кристаллизация сплавов.
- •Лекция 2
- •Основы металлургического производства. Производство чугуна
- •Процессы прямого получения железа из руд. Производство стали.
- •Современное металлургическое производство и его продукция
- •Материалы для производства металлов и сплавов
- •Производство чугуна.
- •Выплавка чугуна.
- •Продукты доменной плавки Основным продуктом доменной плавки является чугун.
- •Важнейшие технико-экономические показатели работы доменных печей
- •Процессы прямого получения железа из руд
- •Получение губчатого железа в шахтных печах.
- •Восстановление железа в кипящем слое.
- •Получение губчатого железа в капсулах-тиглях.
- •Производство стали Сущность процесса
- •Способы выплавки стали
- •Производство стали в кислородных конвертерах.
- •Лекция 3
- •Производство стали. Производство цветных металлов
- •Производство стали
- •Производство стали в электропечах
- •Дуговая плавильная печь.
- •Индукционные тигельные плавильные печи
- •Разливка стали
- •Способы повышения качества стали
- •Производство цветных металлов Производство меди
- •Производство магния
- •Лекция 4
- •Заготовительное производство. Литейное производство
- •Заготовительное производство
- •Выбор метода и способа получения заготовки
- •Общие принципы выбора заготовки
- •Основные факторы, влияющие на выбор способа получения заготовки.
- •Литейное производство Общие сведения о литейном производстве Современное состояние и роль литейного производства в машиностроении.
- •Литейные сплавы
- •Литейные свойства сплавов
- •Литейные сплавы
- •Лекция 5 Способы изготовления отливок. Изготовление отливок в песчаных формах
- •Изготовление отливок в песчаных формах
- •Модельный комплект
- •Изготовление литейных форм
- •Формовка в кессонах.
- •Машинная формовка
- •Вакуумная формовка.
- •Изготовление стержней
- •Лекция 6 Изготовление отливок в песчаных формах (продолжение) Специальные способы литья
- •Литье в оболочковые формы
- •Литье по выплавляемым моделям
- •Литье в металлические формы
- •Изготовление отливок центробежным литьем
- •Лекция 7
- •Дефекты отливок и их исправление
- •Методы обнаружения дефектов
- •Методы исправления дефектов
- •Лекция 8 Технология обработки давлением. Общие сведения Прокат и его производство
- •Классификация процессов обработки давлением
- •Технологические свойства
- •Прокат и его производство
- •Способы прокатки
- •Технологический процесс прокатки
- •Разрезка и заготовительная обработка проката
- •Лекция 9 Продукция прокатного производства. Прессование. Волочение Продукция прокатного производства
- •Прессование
- •Волочение
- •Лекция 10 Ковка Горячая объемная штамповка
- •Операции ковки
- •Предварительные операции
- •Основные операции
- •Оборудование для ковки
- •Горячая объемная штамповка
- •Формообразование при горячей объемной штамповке
- •Технологический процесс горячей объемной штамповки
- •Лекция 11 Холодная штамповка
- •Объемная холодная штамповка
- •Листовая штамповка
- •Операции листовой штамповки
- •Формообразующие операции листовой штамповки
- •Лекция 12 Сварочное производство. Сварка плавлением
- •Сварка плавлением Дуговая сварка
- •Плазменная сварка
- •Электрошлаковая сварка.
- •Лучевые способы сварки
- •Газовая сварка
- •Лекция 13 Сварка давлением. Специальные термические процессы в сварочном производстве. Пайка Сварка давлением
- •Контактная сварка
- •Диффузионная сварка
- •Сварка трением
- •Сварка взрывом
- •Тип сварного соединения
- •Специальные термические процессы в сварочном производстве
- •Напыление
- •Лекция 14
- •Механическая обработка. Технологические возможности способов резания
- •Механическая обработка
- •Общая характеристика размерной обработки
- •Режимы резания, шероховатость поверхности
- •Станки для обработки резанием Классификация металлорежущих станков
- •Технологические возможности способов резания Точение
- •Сверление
- •Протягивание
- •Лекция 15 Технологические возможности способов резания (продолжение) Фрезерование
- •Шлифование
- •Технологические методы отделочной (финишной) обработки поверхностей деталей машин
- •Хонингование
- •Суперфиниширование
- •Полирование
- •Абразивно – жидкостная отделка
- •Лекция 16 Электрофизические и электрохимические методы обработки (эфэх) Характеристика электрофизических и электрохимических методов обработки
- •Электроэрозионные методы обработки
- •Электроискровая обработка
- •Электроимпульсная обработка
- •Электрохимическая обработка
- •Электрохимическая размерная обработка
- •Комбинированные методы обработки
- •Анодно-механическая обработка
- •Лучевые методы обработки
- •Плазменная обработка
- •Лекция 17 изготовление деталей из композиционных порошковых материалов изготовление резиновых технических деталей
- •Изготовление резиновых технических деталей
КУРС ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
«Технология конструкционных материалов»
для студентов специальности
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
И ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Лекция 1 Введение. Кристаллическое строение металлов и сплавов. Кристаллизация сплавов.
ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях развития общества одним из самых значимых факторов технического прогресса в машиностроении является совершенствование технологии производства. Коренное преобразование производства возможно в результате создания более совершенных средств труда, разработки принципиально новых технологий.
Развитие и совершенствование любого производства в настоящее время связано с его автоматизацией, созданием робототехнических комплексов, широким использованием вычислительной техники, применением станков с числовым программным управлением. Все это составляет базу, на которой создаются автоматизированные системы управления, становятся возможными оптимизация технологических процессов и режимов обработки, создание гибких автоматизированных комплексов.
Важным направлением научно-технического прогресса является также создание и широкое использование новых конструкционных материалов. В производстве все шире используют сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, композиционные, порошковые, полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень и надежность оборудования. Обработка этих материалов связана с решением серьезных технологических вопросов.
Создавая конструкции машин и приборов, обеспечивая на практике их заданные характеристики и надежность работы с учетом экономических показателей, инженер должен уверенно владеть методами изготовления деталей машин и их сборки. Для этого он должен обладать глубокими технологическими знаниями.
Предметом курса «Технология конструкционных материалов» являются современные рациональные и распространенные в промышленности прогрессивные методы формообразования заготовок и деталей машин. Содержание учебника представлено на принципе единства основных, фундаментальных методов обработки конструкционных материалов: литья, обработки давлением, сварки и обработки резанием. Эти методы в современной технологии конструкционных материалов характеризуются многообразием традиционных и новых технологических процессов, возникающих на их слиянии и взаимопроникновении.
Описание технологических процессов основано на их физической сущности и предваряется сведениями о строении и свойствах конструкционных материалов. Комплекс этих знаний обеспечивает универсальный подход к изучению технологии.
Технически чистые металлы характеризуются низкими прочностными свойствами, поэтому в машиностроении применяют главным образом их сплавы. Сплавы на основе железа называют черными, к ним относят стали и чугуны; на основе алюминия, магния, титана и бериллия, имеющие малую плотность — легкими цветными;
на основе меди, свинца, олова и др.—тяжелыми цветными;
на основе цинка, кадмия, олова, свинца, висмута и других металлов — легкоплавкими цветными; на основе молибдена, ниобия, циркония, вольфрама, ванадия и других металлов — тугоплавкими цветными.
КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Атомы в твердом металле расположены упорядоченно и образуют кристаллические решетки. Расстояния между атомами называют параметрами решеток и измеряют в нанометрах. С повышением температуры или давления параметры решеток могут изменяться. Некоторые металлы в твердом состоянии в различных температурных интервалах приобретают различную кристаллическую решетку, что всегда приводит к изменению их физико-химических свойств.
Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма, или аллотропии. Перестройка кристаллических решеток при критических температурах называется полиморфными превращениями. Полиморфные модификации обозначаются греческими буквами, которые в виде индекса добавляют к символу элемента.
КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ СПЛАВОВ
Под сплавом подразумевается вещество, полученное сплавлением двух элементов или более. Элементами сплава могут быть металлы и неметаллы. Эти элементы называются компонентами сплава. В сплаве кроме основных компонентов могут содержаться и примеси. Примеси бывают полезные, улучшающие свойства сплава, и вредные, ухудшающие его свойства. Примеси бывают случайные, попадающие в сплав при его приготовлении, и специальные, которые вводят для придания ему требуемых свойств.
Кристаллическое строение сплава более сложное, чем чистого металла, и зависит от взаимодействия его компонентов при кристаллизации. Компоненты в твердом сплаве могут образовывать твердый раствор, химическое соединение и механическую смесь.
Твердые растворы — компоненты сплава взаимно растворяются один в другом. В твердом растворе один из входящих в состав сплава компонентов сохраняет присущую ему кристаллическую решетку, а второй компонент в виде отдельных атомов распределяется внутри кристаллической решетки.
Химическое соединение — компоненты сплава вступают в химическое взаимодействие, при этом образуется новая кристаллическа решетка. Компоненты имеют определенное соотношение по массе.
Механическая смесь - компоненты сплава обладают полной взаимной нерастворимостью и имеют различные кристаллические решетки. При этих условиях сплав будет состоять из смеси кристаллов составляющих ее компонентов. Механическая смесь имеет постоянную температуру плавления. Механическая смесь, образовавшаяся одновременной кристаллизацией из расплава, называется эвтектикой; в процессе превращения в твердом состоянии — эвтектоидом.
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СПЛАВОВ
Процесс перехода сплава из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллических решеток (кристаллов) называется первичной кристаллизацией,
Свойства сплавов зависят от образующейся в процессе кристаллизации структуры. Под структурой понимают наблюдаемое кристаллическое строение сплава. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей — центров кристаллизации. Скорость кристаллизации зависит от скорости зарождения центров кристаллизации и скорости роста кристаллов: чем больше число образующихся зародышей и скорость их роста, тем быстрее протекает процесс кристаллизации. Структура сплава зависит от формы, ориентировки кристаллических решеток в пространстве и скорости кристаллизации.
Центрами кристаллизации могут быть группы элементарных кристаллических решеток, неметаллические включения и тугоплавкие примеси. Кристаллизация сплава обычно начинается от стенок формы (изложницы). С наибольшей скоростью кристаллы растут в направлении, противоположном отводу теплоты, т. е, перпендикулярно к стенке формы.
Если при кристаллизации рост решеток не ограничивается, то получаются кристаллы неограниченного размера древовидной формы — дендриты. Так как процесс кристаллизации происходит из многих центров кристаллизации, то ветви дендритов при росте могут ограничивать друг друга и искажаться. Кристаллы неправильной формы называются зернами, или кристаллитами. Комплекс зерен — это поликристаллическое тело.
Зерна отличаются различной ориентацией кристаллических решеток; размер зерен составляет 1—104 мкм. Зерна повернуты относительно друг друга на десятки градусов. На границах зерен имеется поврежденный переходный слой толщиной порядка нескольких атомных слоев, свойства и химический состав которого могут отличаться от свойств тела зерна.
Кристаллические решетки зерна могут иметь различные структурные несовершенства: точечные, линейные и поверхностные, которые возникают в результате образования вакансий — мест не занятых атомами; дислоцированных атомов, вышедших из узла решетки; дислокации, возникающих при появлении в кристалле незаконченных атомных плоскостей; примесных атомов, внедренных в кристаллическую решетку.